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Alkoholometrie

[148] Alkoholometrie ist die Lehre von der Bestimmung des Alkohols in seinen wässerigen Lösungen.

I. Die Lösung enthält nur Alkohol und Wasser; geringe Beimengungen, die in dem Gemisch von der Fabrikation her enthalten sind, werden nicht berücksichtigt. Auch geringe Mengen Farbstoff u. dergl., die durch Lagern in Fässern aufgenommen sind, sind von zu geringem Einfluß, um einen Fehler zu veranlassen.

1. Am häufigsten geschieht die Ermittlung des Alkoholgehalts, indem man das spezifische Gewicht der Flüssigkeit bestimmt. Man kann hierfür jede geeignete Methode anwenden; in der Praxis wird fast ausschließlich die Bestimmung mittels des ausgeführt. Das Alkoholometer, auch Branntweinwage oder Spirituswage genannt, ist ein Skalenaräometer, auf dessen Skala statt der spezifischen Gewichte der Prozentgehalt der Flüssigkeit an Alkohol abgelesen wird. Da das spezifische Gewicht des Wassers größer ist als das des Alkohols, wird das Alkoholometer um so tiefer in die Flüssigkeit einsinken, je mehr Alkohol dieselbe enthält. Das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit hängt jedoch auch von seiner Temperatur ab. Da die Ausdehnung durch die Wärme bei den Alkoholmischungen bedeutender ist als bei dem Alkoholometer, so wird dasselbe nur bei der Temperatur, für die es hergestellt ist, die man Normaltemperatur nennt, den wahren Alkoholgehalt, die wahre Stärke anzeigen. Bei höheren Wärmegraden wird es einen höheren, bei niederen einen geringeren Alkoholgehalt anzeigen, als die Flüssigkeit hat. Man bezeichnet diese Angaben als die scheinbare Stärke. Zur Ermittlung der wahren Stärke bedarf es somit einer Feststellung der Temperatur, weshalb man das Alkoholometer gewöhnlich mit einem Thermometer verbindet und als Thermoalkoholometer bezeichnet. Gibt das Alkoholometer an, wieviel Liter Alkohol in 1001 einer Mischung vorhanden sind, so heißt es Volumalkoholometer (Trallessches Alkoholometer); gibt es an, wieviel Kilo Alkohol in 100 kg der Mischung vorhanden sind, so heißt es Gewichtsalkoholometer (Richtersches Alkoholometer). Der Gebrauch des Alkoholometers geschieht wie der eines jeden Aräometers (s.d.). Das Gefäß, in das die zu untersuchende Flüssigkeit gefüllt wird, muß etwa zweimal so weit sein, als der größte Durchmesser des Alkoholometers, und so hoch, daß das Alkolometer nicht den Boden berührt. Die sorgfältig gereinigte Alkoholometerspindel wird langsam in die Flüssigkeit gesenkt, so daß eine Benetzung oberhalb der Linie der Einstellung vermieden wird. Zur Ablesung bringt man das Auge in eine Stellung dicht unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Der höchste der abzulesenden Skalenstriche gilt als scheinbare Stärke. Die Thermometerablesung folgt der Alkoholometerablesung unmittelbar. Alkoholwassermischungen bilden wichtige Handelsobjekte, und zwar enthält:

(Steuerbehördlich werden alle diese Mischungen unter der Bezeichnung »Branntwein« zusammengefaßt.)

Wegen der Wichtigkeit der genauen Alkoholbestimmungen in diesen Produkten sind die Grundlagen der alkoholometrischen Messungen Gegenstand zahlreicher Untersuchungen gewesen und in fast allen Ländern ist die Art der Ausführung gesetzlich geregelt.

Die ersten, mit außerordentlicher Sorgfalt gemachten Bestimmungen sind auf Veranlassung der englischen Regierung von Gilpin ausgeführt und 1790, in verbesserter Form 1794 publiziert. Da er den absoluten Alkohol noch nicht kannte, sondern mit dem stärksten, durch Rektifikation zu erzielenden Alkohol (89,2 Gewichtsprozente) arbeitete, mußten seine Zahlen umgerechnet werden, und zwar stellte Tralles (1811) nach Gilpins Beobachtungen seine Tabellen zusammen, in denen außerdem die Gewichtsprozente in Volumprozente umgerechnet und die Normaltemperatur von 60° F. zwar beibehalten, aber nicht Wasser von 60° F., sondern von 39,83° F., d.i. im Zustand der größten Dichte, zugrunde gelegt wurde. Die 1847 von Brix wieder auf Wasser von 60° F.[148] = 15⁵/₉°C. = 12⁴/₉° R. umgerechneten Zahlen bilden die Grundlage für das 1847 in Preußen eingeführte Alkoholometer. Von den sonstigen zahlreichen Bestimmungen sind in die folgende Tabelle aufgenommen die von Gay-Lussac, v. Baumhauer, Fownes und Mendelejeff, von denen die beiden letzten sich auf Gewichtsprozente beziehen. Tabelle der spezifischen Gewichte von Alkoholwassermischungen:

Auf Grund dieser Bestimmungen sind die Alkoholometer konstruiert worden. Als Normaltemperatur ist gesetzlich eingeführt 15° C. = 12° R. = 59° F. in Deutschland, Oesterreich-Ungarn, Frankreich, Belgien, Holland, Schweden, Norwegen und Portugal; 12,5° R. in Rußland; 60° F. = 15⁵/₉° C. = 12⁴/₉° R. in Italien, Schweiz und den Vereinigten Staaten von Nordamerika; 10° R. = 12,5° C. = 54,5° F. in Spanien und den niederländischen Kolonien; 51° F. = 10⁵/₉° C. = 8⁴/₉° R. in England und 9° R. in Dänemark. Nur selten wird es in der Praxis möglich sein, die alkoholometrische Messung genau bei der Normaltemperatur vorzunehmen. Man bestimmt deshalb zunächst die scheinbare Stärke und die Temperatur und ermittelt die wahre Stärke durch Rechnung oder mit Hilfe einer Tabelle. Solche Tabellen, die aus der scheinbaren Stärke und der Temperatur die wahre Stärke abzulesen gestatten, werden in den einzelnen Staaten amtlich veröffentlicht und jedem geeichten Alkoholometer beigegeben. Sie sind auch mit genauer Anleitung zur Benutzung versehen. Eine Zusammenstellung solcher Tabellen findet sich in [1]. Hat man den Prozentgehalt an Alkohol in einer vorhandenen Menge bestimmt, so handelt es sich ferner für die Praxis darum, den Gesamtalkohol dieser Menge zu bestimmen. Dazu gibt es zwei Wege. Man kann das Gewicht oder das Volumen des Gemisches bestimmen. – Hat man das Gewicht p und den Prozentgehalt in Gewichtsprozenten a bestimmt, so erhält man durch eine einfache Rechnung den Gesamtalkoholgehalt (pa/100). Im Handel wird jedoch der Spiritus nicht nach Gewicht, sondern nach Maß umgesetzt. Den Tabellen, die für Gewichtsalkoholometer die wahre Stärke für eine beobachtete scheinbare angeben, ist daher eine zweite Tabelle angefügt, die angibt, wieviel Liter an reinem Alkohol einem bestimmten Gewicht von bestimmter wahrer Stärke entspricht. Hat man das Volumen ν und den Prozentgehalt in Volumprozenten a bestimmt, so erhält man den Gesamtalkoholgehalt durch die Rechnung av/100 nur dann richtig, wenn das Volumen bei der Normaltemperatur beobachtet worden ist. Hat die Beobachtung bei einer andern Temperatur stattgefunden, so muß man das bei dieser Temperatur beobachtete Volumen (das scheinbare Volumen) auf das, das der Normaltemperatur entspricht (das wahre Volumen), umrechnen, wozu wieder besondere Tabellen aufgestellt sind. Doch hat man, um diese Umrechnung zu ersparen, auch Tabellen aufgestellt, die statt der den scheinbaren Stärken entsprechenden wahren Stärken diejenigen angeben, die, in obige Formel statt a eingesetzt, die Anzahl der wirklichen Liter Alkohol geben. Hierfür muß selbstredend dann der Alkoholgehalt bei derselben Temperatur bestimmt werden, den das Alkoholwassergemisch hat [2]. Im Spiritushandel wird nicht die Anzahl von Litern Alkohols zu 100% angegeben, sondern man bezeichnet 1 l Alkohol zu 100% als 100 Literprozente und berechnet danach die Gesamtmenge ebenfalls auf Literprozente. Das Literprozent, das ist der 100. Teil eines Liters oder 10 ccm absoluten Alkohols, bildet demnach die Rechnungseinheit für Quantitätsbestimmungen im Spiritushandel [3].

2. Eine andre Bestimmungsart des Alkoholgehalts in Alkoholwassermischungen beruht auf der verschiedenen Spannkraft ihrer Dämpfe bei 100°. Plücker und Geißler haben dafür die folgenden Größen gefunden:[149]

Auf Grund dieser Versuche konstruierte Geißler einen Apparat, Vaporimeter genannt, zur Bestimmung von Alkohol. Das Fläschchen O (Fig. 1) wird mit der Oeffnung nach oben gehalten bis zu einer Marke bei a mit Quecksilber, dann bis zur Marke bei b mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gefüllt. Darauf verschließt man die Flasche durch die Röhre B, die luftdicht darauf eingeschliffen ist, setzt das Gefäß mit der Röhre, wie Fig. 1 zeigt, auf das Wasserbad A, umgibt das Gefäß mit dem Dampfmantel D und erhitzt das Wasserbad. Sobald das Thermometer im Dampfmantel einige Zeit auf 100° zeigt, liest man den Stand des Quecksilbers an der Skala auf B ab und erfährt so den Gehalt der Flüssigkeit an Alkohol auf 0,1%. Eine Korrektionstabelle für abweichenden Barometerstand ist dem Instrument beigegeben. Eine öftere Prüfung des Nullpunktes ist zu empfehlen.

3. Apparate, die den Alkoholgehalt eines Gemisches aus dem Siedepunkt desselben bestimmen, sind unter dem Namen Ebullioskope konstruiert worden. Fig. 2 gibt einen solchen Apparat in der Form, die ihm H. Kappeler in Wien gegeben hat. In das Kochgefäß wird die Flüssigkeit gefüllt. Durch den luftdicht schließenden Deckel reicht ein Thermometerkörper bis in die Flüssigkeit, die mittels einer ringförmigen Siederohre erhitzt wird. An dem Thermometerrohr befindet sich eine Skala, die bewegt und festgeschraubt werden kann. Stellt man durch Kochen von destilliertem Wasser den Nullpunkt der Skala ein, so wird man vom Luftdruck unabhängig. Beim Sieden der alkoholhaltigen Flüssigkeit werden die Dämpfe durch einen Kühler kondensiert und fließen nach dem Kochgefäß zurück, so daß ein recht konstanter Siedepunkt erreicht wird. Bleibt der Stand des Quecksilbers einige Zeit unverändert, so liest man direkt den Alkoholgehalt in Volumprozenten ab. Bei sehr alkoholreichen Flüssigkeiten, für welche die Skala nicht ausreicht, muß auf ¹/₂, resp. ¹/₃ u.s.w. verdünnt werden.

II. Die Flüssigkeit enthält außer Wasser und Alkohol noch andre Stoffe gelöst. In diesem Falle, wie er bei Wein, Bier, Likören u.s.w. eintritt, erhält man die zuverlässigsten Resultate, wenn man den Alkohol abdestilliert.

Man nimmt ein abgemessenes Quantum, destilliert, bis aller Alkohol übergetrieben ist, was gewöhnlich schon der Fall ist, wenn die Hälfte bis zwei Drittel abdestilliert ist (Kontrolle durch Thermometer), füllt das Destillat auf das ursprüngliche Volumen auf und bestimmt nun den Alkoholgehalt nach I. Mit dem Ebullioskop läßt sich der Alkoholgehalt auch bei Gegenwart gelöster Stoffe bestimmen, ebenso mit dem Vaporimeter, wenn die Flüssigkeit frei von Kohlensäure ist. Kohlensäure enthaltende Flüssigkeiten, wie Bier, Maischen, müssen durch Schütteln mit Kalk von der Kohlensäure befreit werden. Die Bestimmungen mit den beiden Apparaten geben nicht so zuverlässige Resultate wie die Destillationsmethode, sind aber für die meisten Zwecke genau genug, schneller auszuführen und erfordern nur geringe Materialmengen. Ueber den Einfluß andrer flüchtiger Substanzen auf die Vaporimeteranzeige s. [4].

Literatur: [1] Fischer, F., Handbuch der chemischen Technologie, Leipzig 1893, S. 617ff. – [2] Sammlung von alkoholometrischen Reduktions- und Hilfstafeln, herausgegeben von der Normaleichungskommission des Norddeutschen Bundes, Berlin 1871. – [3] Brix, Das Alkoholometer und dessen Anwendung, 3. Aufl., Berlin 1864; Fischern, Praktische Alkoholometrie, Dresden 1872; Kupffer, Handbuch der Alkoholometrie, Berlin 1865; Sonndorfer, Usancen und Paritäten des Spiritushandels im Weltverkehr, Berlin 1882. – [4] Traube, Zeitschrift für analytische Chemie 1889, S. 39.

H. Herzfeld.

Fig. 1.

Fig. 2.