Kohlenstoff

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Emissionsspektrum des Kohlenstoffs im sichtbaren Bereich
mineralischer Graphit
Ungeschliffener Rohdiamant in typischer Oktaederform
Ein natürlicher Diamant im Tropfenschliff
Lonsdaleit, eine sehr seltene Form des Kohlenstoffs, die erstmals 1967 im Canyon Diablo Meteoriten in der Umgebung des berühmten Barringer-Kraters in Arizona gefunden wurde. Lonsdaleit bildet sich, wenn Graphit durch ein Schockereignis, bei dem plötzlich hoher Druck und hohe Temperatur entstehen, wie das insbesondere bei einem Meteoriteneinschlag der Fall ist, in eine diamantähnliche Struktur verwandelt wird, wobei aber das hexagonale Kristallgitter des Graphits erhalten bleibt.
Struktur des aus 60 Kohlenstoffatomen aufgebauten Buckminster-Fulleren C60
Fulleren-C60-Kristalle
Eine 6 µm dicke Kohlenstofffaser (schwarz) im Vergleich zu einem 50 µm dicken Menschenhaar.
animierte schematische Darstellung der Struktur einer einwandigen Kohlenstoffnanoröhre
Steinkohle aus dem Bergbau

Kohlenstoff (von urgerm. kul-a-, kul-ō(n)- „Kohle“) oder Carbon (von lat. carbo „Holzkohle“) mit dem chemischen Symbol C ist ein chemisches Element, das in reiner Form in der Natur vorwiegend in zwei sehr gegensätzlich erscheinenden allotropen Modifikationen vorkommt, nämlich als Graphit und Diamant. Eine dritte, allerdings sehr selten vorkommende Form des Kohlenstoffs ist das erstmals 1967 beschriebene Mineral Lonsdaleit, das wegen seiner hexagonalen Kristallstruktur auch als hexagonaler Diamant bezeichnet wird.

Eine weitere besondere Form des Kohlenstoffs sind die um 1970 entdeckten, aber erst seit 1985 weltweit bekannt gewordenen Fullerene, die aus hochsymmetrischen sphärischen Molekülen aufgebaut sind, in denen sich die Kohlenstoffatome zu Fünf- und Sechsecken anordnen. Sie kommen vermutlich in allen Rußen vor, beispielsweise auch in dem Ruß einer Kerzenflamme. Ruße bestehen zu etwa 80 % bis 99,5 % aus Kohlenstoff. Das wohl berühmteste und am besten erforschte Fulleren ist das aus 60 Kohlenstoffatomen aufgebaute und nach dem US-amerikanischen Architekten Richard Buckminster Fuller (1895-1983) benannte Buckminster-Fulleren (C60).

Kohlenstoffnanoröhren sind ein- oder mehrwandige Gebilde aus reinem Kohlenstoff mit einem Durchmesser von etwa 0,4 bis 50 nm und einer Länge bis zu 50 cm. Sie bilden sich spontan bei Lichtbogenentladung zwischen Kohlenstoffelektroden und wurden 1991 zufällig von Sumio Iijima mit einem Elektronenmikroskop entdeckt. Künstlich können sie auch durch katalytische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen oder mittels Laserverfahren hergestellt werden. Sie werden mittlerweile zur Verstärkung von Kunststoffen und im Flugzeugbau eingesetzt. Abhängig von ihrer spezifischen Struktur sind sie im Inneren elektrisch leitend oder halbleitend und werden daher auch für elektronische Bauelemente verwendet.

Amorpher Kohlenstoff besitzt keine langreichweitige Kristallordnung; seine Eigenschaften gehen gleitend von denen des Graphits zu denen des Diamants über. Bedeutsam für die Technik sind auch die synthetisch hergestellten Kohlenstofffasern, der Glaskohlenstoff, der glasartige und keramische Eigenschaften mit denen des Graphits verbindet, und das aus einer einlagigen Kohlenstoffschicht gebildete Graphen mit einer quasi zweidimensionalen Kristallstruktur.

Kohlenstoff, allerdings nicht in ganz reiner Form, findet sich in der Natur auch als Anthrazit, Steinkohle und Braunkohle. Kohlenstoff hat die höchste Temperaturbeständigkeit aller bekannten Materialien. Er sublimiert bei Normaldruck bei 3915 K (3642 °C), ohne zuvor an Festigkeit einzubüßen.

Kohlenstoffverbindungen

Kohlenstoff zeichnet sich vor allen anderen chemischen Elementen dadurch aus, das er eine praktisch unbegrenzte Zahl chemischer Verbindungen bilden kann. Die überwiegende Mehrzahl, d.h. gut 98%, der derzeit über 144 Millionen[1] bekannten chemischen Verbindungen sind Kohlenstoffverbindungen. Kohlenstoff bildet das Grundgerüst aller organischen Verbindungen. Sie bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und einigen anderen Heteroatomen, zu denen namentlich Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, seltener auch Selen und eventuell verschiedene Metalle zählen. Durch ihre Vielfalt und Wandlungsfähigkeit bilden sie die stoffliche Grundlage des irdischen Lebens. Die für das Leben wichtigsten Kohlenstoffverbindungen sind die Kohlenhydrate, die Fette und Öle und die Proteine, weiters die als Energieträger und als Botenstoffe bedeutsamen Nucleotide (z.B. ATP) und die Nukleinsäuren als Träger der Erbinformation. Ihre Zersetzungsprodukte sind die Kohlenwasserstoffe, die als fossile Brennstoffe gefördert und industriell intensiv genutzt werden.

Daneben gibt es auch eine vergleichsweise geringe Zahl anorganischer Verbindungen des Kohlenstoffs, von denen die Verbindungen mit Sauerstoff menegenmäßig am bedeutsamsten sind:

  • Kohlenstoffdioxid (CO2, kurz auch Kohlendioxid) ist ein farb- und geruchloses Gas, das vornehmlich bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe bzw. durch die Atmung von Mensch und Tier entsteht. Wegen seiner schlechten Durchlässigkeit für Wärmestrahlung wirkt es schon in geringer Konzentration als Treibhausgas und trägt damit trotz seines geringen Anteils von etwa 0,04 % zur Erwärmung der Erdatmosphäre bei. Vor Anbruch des Industriezeitalters betrug der Koheldioxidgehalt der Atmosphäre nur etwa 0,028 %.
  • Kohlenstoffmonoxid (CO, kurz Kohlenmonoxid') bildet sich bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. Das farb- und geruchlose Gas wirkt stark reduzierend und ist hochgiftig, das es das aktive Zentrum des Hämoglobins blockiert und so die Bindung des für die Atmung unerlässlichen Sauerstoffs verhindert.
  • Kohlensäure (H2CO3) ist eine mittelstarke Säure, die sich als metastabile Verbindung in geringen Mengen (etwa 0,2 %, abhängig von der Temperatur) bei der Auflösung von Kohlendioxid in Wasser bildet. Dabei stellt sich folgende Gleichgewichtsreaktion ein: LaTeX: \mathrm{ \ CO_2 + H_2O \ \rightleftharpoons \ H_2CO_3} Die Salze der Kohlensäure sind die Carbonate (Me2+ CO32−) und Hydrogencarbonate (auch: Bicarbonate, Me+ HCO3)

Daneben gibt es auch einige wenige Verbindungsgruppen, an denen andere chemische Elemente beteiligt bzw. mitbeteiligt sind:

  • Carbide sind Verbindungen von Kohlenstoff mit verschiedenen Metallen mit der allgemeinen chemischen Formel MemCn. Carbide wie etwa Wolframcarbid (WC) sind teilweise sehr hart und widerstandsfähig und werden daher u.a. für hochwertige Schneidwerkzeuge verwendet. Durch Zersetzung von Calciumcarbid mit Wasser kann das leicht brennbare Gas Acetylen hergestellt werden: LaTeX: \mathrm{CaC_2 + 2 \ H_2O \longrightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2} Calciumcarbid wurde früher namentlich im Bergbau in Karbidlampen verwendet.
  • Kohlenstoffdisulfid (auch Schwefelkohlenstoff, CS2) ist eine giftige, farblose, stark lichtbrechende und gut fettlösliche Flüssigkeit, die u.a. als Lösungsmittel verwendet wird. In der Natur bildet sich Kohlenstoffdisulfid durch Fäulnisprozesse aus dem im Eiweiß enthaltenen Schwefel oder auch durch geologische Vorgänge. Industriell kann es durch Überleiten von Schwefeldämpfen über glühende Holzkohle unter Luftabschluss bei 800–1000 °C.[2] oder heute bevorzugt durch Reaktion von Methangas mit Schwefel in Gegenwart eines Katalysators hergestellt werden[3].
  • Cyanide sind die Salze der stickstoffhaltigen Blausäure (HCN). Sie sind in der Regel hochgiftig.
  • Cyansäure (H-O-C≡N), veraltet auch Zyansäure genannt, ist eine äußerst instabile, ungifte Cyansauerstoffsäure und daher chemisch nicht identisch mit der Blausäure, da die Cyansäure zusätzlich Sauerstoff enthält. Ihre Salze heißen Cyanate. Früher wurde allerdings der Name „Zyansäure“ auch auf die Blausäure bezogen und von Rudolf Steiner oft in diesem Sinn gebraucht.

Metamorphosen des Kohlenstoffs und Weltentwicklungsstufen

Eine geisteswissenschaftliche Betrachtung zeigt, dass diese verschiedenen Erscheinungsformen des Kohlenstoffs ein sehr unterschiedliches Entwicklungsalter haben. Nur die Steinkohle entstammt unmittelbar der Erdentwicklung; der Graphit hat seinen wahren Usrsprung bereits auf dem alten Mond und der Diamant bereits auf der alten Sonne:

"Würden die Menschen wirklich eingehen können auf dasjenige, was nicht bloß die chemische Beschaffenheit, sondern was im alten Sinne die Signatur ist, so würden sie anfangen zu verstehen, was für ein Unterschied ist zwischen Steinkohle und Graphit. Steinkohle ist während des Erdprozesses entstanden. Graphit während des Mondprozesses, des der Erde vorangehenden planetarischen Prozesses, und Diamant während des Sonnenprozesses. Und sie bekommen da, wenn Sie die Dinge kosmisch betrachten, auch einen Einblick dahinein, daß es wiederum nicht auf die Substanz ankommt, sondern daß es darauf ankommt, unter welchen Umständen und Zeiten eine Substanz eine gewisse, also eine feste Form angenommen hat. (Lit.: GA 316, S. 56f)

Kohlenstoff und physischer Leib

Der Kohlenstoff hängt eng mit dem physischen Leib des Menschen zusammen:

„Sie werden sehen, daß in ebensolcher Weise, wie die physische Organisation mit dem Kohlenstoff, die ätherische Organisation mit dem Sauerstoff, die astralische Organisation mit dem Stickstoff, so die Ich-Organisation mit dem Wasserstoff zusammenhängt.“ (Lit.:GA 312, S. 114)

Kohlenstoff als physische Grundlage des Lebens

Wie kein anderes chemisches Element ist der Kohlenstoff zur Bildung einer schier unerschöpflichen Fülle komplexer chemischer Verbindungen fähig. Kohlenstoff ist dadurch, wie schon oben angedeutet, der geeignete stoffliche Träger aller lebendigen Gestaltungsprozesse in der Natur. Er wurde schon allein deshalb zurecht als wahrer Stein der Weisen bezeichnet:

"Dieser Kohlenstoff galt nämlich bis vor einer verhältnismäßig sehr kurzen Zeit, bis vor ein paar Jahrhunderten, als dasjenige, was man mit einem sehr edlen Namen bezeichnete, mit dem Namen des «Steins der Weisen»." (Lit.: GA 327, S. 65)

Durch die nahezu unbegrenzte Gestaltbarkeit der Kohlenstoffverbindungen kann sich das inkarnierende individuelle menschliche Ich daraus ein entsprechend individualisiertes Leibesgefäß bauen.

"Der Kohlenstoff ist nämlich der Träger aller Gestaltungsprozesse in der Natur. Was auch gestaltet werden mag, ob die verhältnismäßig kurz bleibende Gestalt der Pflanze, ob die in ewigem Wechsel begriffene Gestalt des tierischen Organismus ins Auge gefaßt wird, der Kohlenstoff ist da der große Plastiker, der nicht bloß seine schwarze Substantialität in sich trägt, sondern der, wenn er in voller Tätigkeit, in innerer Beweglichkeit ist, die gestaltenden Weltenbilder, die großen Weltenimaginationen überall in sich trägt, aus denen alles dasjenige, was in der Natur gestaltet wird, eben hervorgehen muß. Ein geheimer Plastiker waltet in dem Kohlenstoff, und dieser geheime Plastiker, indem er die verschiedensten Formen aufbaut, die in der Natur aufgebaut werden, bedient sich dabei des Schwefels. So daß wir anschauen müssen, wenn wir auf den Kohlenstoff in der Natur hinschauen wollen im richtigen Sinne, wie die Geisttätigkeit des Weltenalls sozusagen sich mit dem Schwefel befeuchtet, als Plastiker tätig ist, und mit Hilfe des Kohlenstoffs die festere Pflanzenform aufbaut, dann aber auch wiederum die im Entstehen schon vergehende Form des Menschen aufbaut, der gerade dadurch Mensch ist, nicht Pflanze, daß er die eben entstehende Form immer wiederum sogleich vernichten kann, indem er den Kohlenstoff, als Kohlensäure an den Sauerstoff gebunden, absondert. Eben weil der Kohlenstoff im menschlichen Körper uns Menschen zu steif, zu fest formt, wie eine Palme macht - er schickt sich an, uns so fest zu machen -, da baut die Atmung sogleich ab, reißt diesen Kohlenstoff aus der Festigkeit heraus, verbindet ihn mit dem Sauerstoff, befördert ihn nach außen, und wir werden so gestaltet in einer Beweglichkeit, die wir als Menschenwesen brauchen.

Aber in der Pflanze ist er so drinnen, daß er in einer gewissen Weise in einer festen Gestalt auch bei den einjährigen Pflanzen in einem gewissen Grade festgehalten wird. Ein alter Spruch sagt in bezug auf den Menschen: «Blut ist ein ganz besonderer Saft», und man muß mit Recht sagen, daß das menschliche Ich im Blute pulsiert, auf physische Weise sich äußert. Aber eigentlich ist es im Genaueren gesprochen der webende, waltende, sich gestaltende und seine Gestalt wieder auflösende Kohlenstoff, auf dessen Bahnen, befeuchtet mit dem Schwefel, dieses Geistige des Menschen im Blute sich bewegt, das wir Ich nennen, und so wie das menschliche Ich als der eigentliche Geist des Menschen im Kohlenstoff lebt, so lebt wiederum gewissermaßen das Welten-Ich im Weltengeist auf dem Umwege durch den Schwefel in dem sich gestaltenden und immer wieder auflösenden Kohlenstoff. Es ist so, daß in früheren Epochen unserer Erdentwickelung der Kohlenstoff dasjenige war, was überhaupt abgeschieden worden ist. Erst später kam dann dasjenige dazu, was zum Beispiel das Kalkige ist, das der Mensch dann benützt, um als Unterlage nun auch ein Festeres zu schaffen, ein festeres Gerüste für sich zu schaffen. Damit dasjenige, was im Kohlenstoff lebt, bewegt sein kann, schafft der Mensch in seinem kalkigen Knochengerüste ein unterliegendes Festes, das Tier auch, wenigstens das höhere Tier. Damit hebt sich der Mensch heraus in seiner beweglichen Kohlenstoffbildung aus der bloß mineralischen, festen Kalkbildung, die die Erde hat, und die er auch sich eingliedert, um feste Erde in sich zu haben. Im Kalk in der Knochenbildung hat er die feste Erde in sich." (Lit.: GA 327, S. 66f)

Kohlenstoff und Silicium

"Der Kohlenstoff ist das, was uns immer bei uns bleiben läßt. Er ist eigentlich unser Haus. Er ist das, worin wir wohnen, während uns das Silizium fortwährend aus unserem Haus herausführen will und uns zurückbringen will in die Zeit, in der wir waren, bevor wir in unser Kohlenstoffhaus eingezogen sind. Und so hat das, was in uns Kohlenstoff und Kiesel ist, einen fortwährenden Kampf zu führen. Aber in diesem Kampfe liegt unser Leben." (Lit.: GA 213, S. 88)

Kohlenstoff und Silber

"Auf der Erde ist der Kohlenstoff entweder Kohle oder Graphit oder Demant oder Anthrazit. Auf dem Monde ist dasjenige, was auf der Erde entweder Demant oder Anthrazit oder Kohle ist, Silber. Das war das Geheimnis der alten Mysterien: Kohlenstoff ist auf dem Monde Silber. Kohlenstoff ist der Stein der Weisen, und er ist auf dem Monde Silber. Was in den alten Mysterien so tief an den Menschen herangebracht wurde als Erkenntnis, das war, daß irgendeine Substanz das, als was sie sich äußerlich darstellt, nur an diesem Orte, um diese Zeit so ist: Man war einfach Ignorant, wenn man nicht wußte, Kohlenstoff ist Kohle, Demant, Graphit nur auf der Erde; dasselbe, was auf der Erde Demant und Graphit ist, ist auf dem Monde Silber; und würde man ein Stück unserer gewöhnlichen schwarzen Kohle in diesem Momente hinauf befördern können nach dem Monde, sie würde dort Silber. Diese, ich möchte sagen, radikale Metamorphosenanschauung bekam der Schüler in jenen älteren Zeiten. Und das liegt eigentlich jener scharlatanhaften Alchemie, von der heute vielfach gesprochen wird, nicht zugrunde, sondern das liegt der wirklichen älteren Alchemie zugrunde." (Lit.: GA 232, S. 210)

Kohlenstoff und inneres Licht

Nach Rudolf Steiner werden alle Stoffe, die wir von außen aufnehmen, in uns vollständig vernichtet, aus dem Raum herausgeschafft, und im selben Maß wieder neu aus dem Nichts heraus gebildet. Das gilt insbesondere auch für den Kohlenstoff. Mit dieser Neubildung des Kohlenstoffs ist ein Lichtbildungsprozess in unserem Inneren verbunden, und dieses innere Licht, dieses Bewusstseins-Licht, schicken wir dem äußeren Licht entgegen, das wir durch Augen oder Haut aufnehmen. Steiner hat darum auch das Gesetz von der Erhaltung des Stoffes und auch den Satz von der Erhaltung der Energie, in der Form wie sie zu seiner Zeit missverständlich interpretiert wurden, kritisiert. Zwar bleibe die Maßzahl für Masse bzw. Energie erhalten, nicht aber die Energie oder Materie als solche.

"Man konnte zwei Dinge nicht mehr unterscheiden. Man hat ein völliges Recht gehabt, zu sprechen davon, daß Maß, Zahl und Gewicht in den Energien dieselben bleiben. Aber das verwechselt man mit den Energien selber." (Lit.: GA 325, S. 158f)

"Das große Hindernis für eine sachgemäße Auffassung der Wirkungen der Substanzen im menschlichen Organismus überhaupt und vor allen Dingen der Heilsubstanzen ist das Gesetz von der sogenannten Erhaltung der Kraft oder der Energie, auch das Gesetz von der Erhaltung des Stoffes. Diese Gesetze, die man statuiert hat als allgemeine Naturgesetze, sie sind nichts anderes als etwas, was in dem absolutesten Widerspruche mit dem Menschenentwickelungsprozeß steht. Der ganze Ernährungs- und Verdauungsprozeß ist ja nicht dasjenige, als was er von der materialistischen Anschauung angesehen wird. Der ganze Ernährungs- und Verdauungsprozeß wird eigentlich so von der materialistischen Anschauung angesehen, als ob die Substanzen außer uns wären — also bleiben wir beim Kohlenstoff stehen —, als ob der Kohlenstoff außer uns wäre; dann wird er aufgenommen, wird, entsprechend selbstverständlich, zubereitet, aber doch weitergeleitet im Organismus und dann aufgenommen, so daß man, wenn auch in kleinen Teilen, dasjenige in sich trägt, was einem die Außenwelt gegeben hat. Das trägt man weiter mit sich herum. Es ist eigentlich kein Unterschied da für diese Anschauung zwischen dem Kohlenstoff, der draußen ist, und dem, den man mit sich herumträgt im Organismus. Und doch ist das nicht so. Denn es ist tatsächlich im menschlichen Organismus die Möglichkeit gegeben, den außermenschlichen Kohlenstoff zunächst durch den unteren Menschen vollständig zu vernichten, ihn hinwegzuschaffen aus dem Raume und ihn einfach originär in der Gegenwirkung dazu wiederum zu erzeugen. Ja, das ist eben so; es ist im menschlichen Organismus ein Herd für die Erzeugung der Stoffe, die außermenschlich sind, und zu gleicher Zeit eine Möglichkeit diese Stoffe zu vernichten. Das wird natürlich von der heutigen Naturwissenschaft nicht zugegeben werden, denn sie kann sich ja eigentlich die Wirkungen der Stoffe nicht anders vorstellen als Ahasver-artig, daß sie bloß in ihren kleinsten Teilen herumwandeln. Sie weiß nichts von dem Leben der Stoffe, von der Entstehung der Stoffe und von dem Tode der Stoffe und weiß nichts davon, wie im menschlichen Organismus Tod und Wiederbelebung der Stoffe stattfindet. Mit dieser Wiederbelebung des Kohlenstoffes hängt dasjenige zusammen, was wir auf der anderen Seite im gewöhnlichen Menschen als Lichtbildung haben. Dieser Lichtbildungsprozeß des Inneren, der kommt wiederum entgegen der Einwirkung des äußeren Lichtes. Wir sind in bezug auf unseren oberen Menschen so eingerichtet, daß äußeres Licht und inneres Licht einander entgegenwirken, miteinander zusammenspielen und geradezu das Wesentliche in unserer Organisation darauf beruht, daß wir da, wo diese beiden, äußeres Licht und inneres Licht, zusammenwirken sollen, imstande sind, sie nicht ineinander verfließen zu lassen, sondern sie auseinanderzuhalten, so daß sie nur aufeinander wirken, aber nicht sich miteinander vereinigen. Indem wir, sei es durch das Auge, sei es auch durch die Haut, entgegenstehen dem äußeren Lichte, ist überall aufgerichtet gewissermaßen die Scheidewand zwischen dem inneren originären Lichte im Menschen und dem äußerlich einwirkenden Lichte. Das äußerlich einwirkende Licht hat eigentlich nur die Bedeutung einer Anregung zur Entstehung des inneren Lichtes. Indem wir also das Licht von außen auf uns einfließen lassen, lassen wir uns selber anregen zur Entstehung des inneren Lichtes." (Lit.: GA 312, S. 216f)

Siehe auch

Literatur

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Literaturangaben zum Werk Rudolf Steiners folgen, wenn nicht anders angegeben, der Rudolf Steiner Gesamtausgabe (GA), Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz
Email: verlag@steinerverlag.com URL: www.steinerverlag.com. Freie Werkausgaben gibt es auf fvn-rs.net, archive.org und im Rudolf Steiner Online Archiv.
Eine textkritische Ausgabe grundlegender Schriften Rudolf Steiners bietet die Kritische Ausgabe (SKA) (Hrsg. Christian Clement): steinerkritischeausgabe.com
Die Rudolf Steiner Ausgaben basieren auf Klartextnachschriften, die dem gesprochenen Wort Rudolf Steiners so nah wie möglich kommen.
Hilfreiche Werkzeuge zur Orientierung in Steiners Gesamtwerk sind Christian Karls kostenlos online verfügbares Handbuch zum Werk Rudolf Steiners und
Urs Schwendeners Nachschlagewerk Anthroposophie unter weitestgehender Verwendung des Originalwortlautes Rudolf Steiners.
Ausführliche bibliografische Informationen mit Volltextsuche in allen derzeit verfügbaren Online-Ausgaben bietet die Steinerdatenbank.de.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Stand von Dezember 2018 CAS
  2.  Friedrich Warnecke: Die gewerbliche Schwefelkohlenstoffvergiftung. In: Archiv für Gewerbepathologie und Gewerbehygiene. 11, Nr. 2, 1941, S. 198, doi:10.1007/bf02122927 (PDF).
  3.  A. L. Waddams: Chemische Produkte aus Erdöl. Zur Einführung und Übersicht. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-6885-3, S. 60 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
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