Die Größen der Technik

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Jens Jakob Berzelius

Jöns Jakob Berzelius kommt am 20. August 1779 in Wäfoersunda nahe Vadstena und Linköping in der Provinz Östergötland am Vättarsee zur Welt. Sein Vater Samuel, ein gelehrter Geistlicher und Kaplan, stirbt, als er 4 Jahre als ist. Wenige Jahre später stirbt auch seine Mutter, so dass er mit den Kindern eines Onkels aufwächst.


Als der junge Jöns Jacob in den 1790er Jahren im Selbststudium Chemie lernt, benutzt er ein deutsches Lehrbuch, das Lavoisiers Oxidationstheorie vertritt. An der Uni in Uppsala wird jedoch immer noch die veraltete Phlogiston-Theorie gelehrt. Eine seiner ersten Einreichungen an die schwedische Akademie der Wissenschaften wird zurückgewiesen, weil sie "Antiphlogiston-Vokabular" verwendet.

Sein Studium an der Universität Uppsala absolviert er mit Unterbrechungen, weil er immer wieder zwischendurch arbeiten muss. Wegen des unvollkommenen Unterrichts in Chemie studiert Berzelius dann doch Medizin. Ein Stipendium ermöglicht ihm den Abschluss des Doktorats in Medizin 1802. Die Dissertation über die Auswirkungen galvanischer Elektrizität auf organische Körper schreibt er auf Latein: De electricitatis galvanicæ apparatu cel. Volta excitæ in corpora organica effectu. Weil er als städtischer Armenarzt nur wenig verdient und sein Versuch, nach seinen ersten wissenschaftlichen Untersuchungen an Mineralwässern als Partner in eine Mineralwasserfirma einzusteigen, gescheitert ist, übt seinen Brotberuf auch noch aus, als er schon forschender Chemiker ist.


1802 wird Berzelius zum Adjunkt der Medizin und Pharmazie der Akademie der Wissenschaften in Stockholm ernannt und zieht nun dorthin um. Neu in Stockholm, wohnt er bei Wilhelm Hisinger, einem Minenbesitzer und Mineralogen mit naturwissenschaftlichen Ambitionen, der Zugang zu Schwedens größter Volta-Säule hat. Erst 1800 hat Alessandro Volta diese Erfindung einer elektrischen Batterie vorgestellt. Hisinger und Berzelius führen elektrochemische Zerlegungen durch, die sie veröffentlichen.

Die chemische Wissenschaft ist zu jener Zeit noch nicht sehr weit fortgeschritten. Man weiß noch nicht, ob Elemente immer in gleichen Verhältnissen miteinander reagieren, wie Louis Proust annimmt, oder nicht, was Claude Berthollet glaubt. Der deutsche Gelehrte Jeremias Richter versucht, aus quantitativen Studien spezifischer Reaktionen gültige Gesetze chemischer Kombinationen abzuleiten und wird so zum Begründer der Stöchiometrie.

1808 hört dann Berzelius von Daltons Atomtheorie, der wie Richter an chemischer Statistik interessiert ist. Die Proust-Berthollet-Kontroverse führt Dalton zu einer quantitativen Untersuchung von Elementenpaaren, die mehr als eine Verbindung ergeben, und stellt sein Gesetz der multiplen Proportionen auf, das besagt, dass die Massen solcher Verbindungen im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen zueinander stehen, und dass diese Verhältnisse möglichst einfach sind. Das führt ihn (und andere Zeitgenossen) zu der Annahme, dass Wasser aus je einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom besteht. Dieser Irrtum wird erst ein halbes Jahrhundert später durch Avogadro aufgeklärt. Dalton ist auch schon überzeugt, dass jedes Element ein bestimmtes Gewicht hat, und ordnet die Elemente mit aufsteigendem Gewicht.

Berzelius glaubt aufgrund seiner elektrochemischen Untersuchungen, dass chemische Verbindungen durch die elektrische Polarität der Atome, also die elektrische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Teilchen, zusammengehalten werden, wobei eine bestimmte Anzahl gleich geladener Teilchen B sich an ein entgegengesetzt geladenes Teilchen A binden und die B-Teilchen sich gegenseitig abstoßen und möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sind. Das macht ihm zum Begründer der sogenannten "dualistischen elektrochemischen Theorie" der chemischen Bindung durch elektrostatische Kräfte zwischen positiv und negativ geladenen Atomen.

Diese Theorie wird erschüttert durch die Entdeckung, dass in vielen Kohlenwasserstoffverbindungen negatives Chlor den positiv geladenen Wasserstoff ersetzen kann, ohne dass sie ihre Merkmale signifikant verändern. Erst im 20. Jahrhundert zeigt die Valenztheorie, dass Berzelius auf der richtigen Spur war, auch wenn Bindungsmechanismen vielfältiger sind, als er sich vorgestellt hat. Die elektrostatische Bindungstheorie ist nur für salzartige Verbindungen geeignet, scheitert aber an Molekülen. Heute wird die umfassende Molekülorbital-Theorie verwendet, die die Anziehungskraft zwischen einzelnen Atomen mit fehlenden bzw. überschüssigen Elektronen erklärt.

Berzelius ist der Meinung, dass die Elektrizität das primum movens der chemischen Tätigkeiten ist, und gilt als der Erfinder des dualistischen Systems (positive und negative Teilchenladung). Die Sortierung der damals 47 bekannten Elemente nimmt er nach einer elektronischen Spannungsreihe vor.


1806 wird er Lehrer an der Kriegsakademie in Carlsberg, 1807 Professor für Medizin und Pharmazie am medizinisch-chirurgischen Institut in Stockholm, wo er vorher schon unbezahlt als Assistent gearbeitet hat. Zwischen 1815 und 1832 hat er den Lehrstuhl für Chemie am Karolinska Institutet inne, den er wegen gesundheitlicher Probleme aufgeben muss. (Chemiker dieser Zeit leben oft nicht sehr lang, weil sie sich durch gewagte Experimente mit unbekannten Substanzen ins Grab bringen, wie Humphry Davy oder das Ehepaar Curie. Berzelius hat Beryllium gekostet, eines der toxischsten Elemente überhaupt. Wir wissen das, weil er aufgrund des süßlichen Geschmacks "Glucinium" als Name vorschlägt.)





Weil für seine Studenten kein zufriedenstellendes Chemie-Lehrbuch auf Schwedisch existiert, schreibt er kurzerhand selbst eines, das im Jahre 1808 erscheint. Dieses Lehrbuch heißt Lärebok i kemien, wird in mehrere Sprachen übersetzt und als Standardwerk zum Grundstock aller angehenden Chemiker. Es erscheint in mehreren Auflagen und in bis zu 6 Bänden. Die deutsche Übersetzung von 1830 wird von seinem ehemaligen Schüler Friedrich Wöhler besorgt, der 1824 extra für ein Jahr nach Stockholm gekommen war, um die zahlreichen analytischen Methoden des schwedischen Meisters der experimentellen Chemie kennenzulernen. Leopold Ruzicka bezeichnet es in seiner Nobelpreisrede 1939 als "erstes eigentliches chemisches Lehrbuch", unangesehen der Sprache.

Berzelius ist als Hochschullehrer Ziehvater vieler großer Wissenschaftler. Christian Gottlob Gmelin, Chemieprofessor in Tübingen, sei hier nach Wöhler beispielhaft erwähnt. Als man Berzelius an der jungen Berliner Universität 1817 die Nachfolge Klaproths anbietet, lehnt er ab, empfiehlt jedoch seinen Schüler Eilhard Mitscherlich, den Entdecker des Isomorphismus, dessen Untersuchung über die Zersetzung durch Kontakt 1833 den Anstoß für die Entwicklung des Begriffes "Katalyse" gibt. Neben den Brüdern Heinrich und Gustav Rose ist auch Helmholtz durch seinen Lehrer Gustav Magnus Enkelschüler von Berzelius.

Die Besonderheiten an der Schule Berzelius´ sind:

• das Experimentieren und genaue Arbeiten
• Vorsicht gegenüber Spekulationen. Berzelius ist der Ansicht, dass Chemie 99% Experiment ist und nur 1% Theorie.
• das Auskommen mit geringen Mitteln (Wöhler schickt 1839 einen Zögling zu Berzelius, der ihm antwortet: "Bei mir kann er nichts anderes lernen, als wie man mit außerordentlich wenig sich helfen kann. Das hat er bei mir bessere Gelegenheit als bei jedem anderen Chemiker zu erfahren."

Berzelius´ dauerhaftester Beitrag zur Geschichte der Chemie ist sein System der chemischen Notation. Im Zuge seines Lehrbuches von 1808 stellt er nämlich fest, dass die chemischen Wissenschaften in einem beklagenswert verwirrenden Zustand sind, speziell die Benennung und Klassifikation chemischer Substanzen. Er nimmt sich die Linné´sche Systematik der Pflanzen und Tiere zum Vorbild und benennt jedes Element mit seiner lateinischen Bezeichnung. Als Symbol vergibt er den Anfangsbuchstaben und einen bezeichnenden zweiten, wie zB Fe für Eisen, ferrum. Dabei legt er die theoretischen Arbeiten von 1807-12 über die einfachen und multiplen chemischen Proportionen, die auf genauen Atomgewichtsbestimmungen beruhen, zugrunde. Berzelius legt 1814 auch die verlässlichste Tabelle der Atomgewichte vor, die zu dieser Zeit erhältlich ist. Durch seine genauen quantitativen Untersuchungen gibt er der Dalton'schen Atomhypothese die experimentelle Grundlage.


Die aussagekräftige Benennung von Verbindungen, die durch ihre Bezeichnung anzeigen sollen, woraus sie bestehen und in welchem Mengenverhältnis zueinander, ist schon lange ein Desiderat. Berzelius betrachtet es als seine Lebensaufgabe, die mengenmäßigen Proportionen möglichst genau zu bestimmen, in denen sich Elemente zu chemischen Verbindungen vereinen, um eine chemische Systematik aufstellen zu können. Mit seiner buchstabenmäßigen Bezeichnung der Elemente können gegenüber der alten alchemistischen Symbolschrift nicht nur die qualitative, sondern auch die quantitative Zusammensetzung von Verbindungen leicht dargestellt werden, indem man die Atomanzahl einfügt. Allerdings dauert es noch etwas, bis sich die heute gängige Form herauskristallisiert.

Zunächst schreibt Berzelius die Atomanzahl als Hochzahl, zB SO² für Schwefeldioxid. Später macht er einen Versuch, die Anzahl der Sauerstoffatome als hochgestellte Punkte anzuzeigen, also ^••S für die genannte Verbindung. Schlussendlich wird bis heute Schwefeldioxid als SO₂ notiert. Aber seine Chemikerkollegen sind nicht besonders beeindruckt, und sogar Berzelius selbst verwendet die selbstersonnenen Symbole nicht durchgängig in allen Publikationen. Erst gegen Mitte des 19. Jahrhundert setzt sich diese Notation allgemein durch.

Berzelius entdeckt mehrere Elemente:

• Cer 1803, gemeinsam mit Wilhelm Hisinger. Sie benennen die neu gefundene Erde nach dem 1801 entdeckten Planetoiden Ceres, der auch eine wichtige Rolle in der Biographie von Karl Friedrich Gauß spielt. Die Entdeckung von Cer wird auch Klaproth 1801 zugeschrieben, allerdings erkennt man 1839, dass Klaproth mit seiner Ochroiderde nur eine Mischung mehrerer Erden gefunden hatte.
• Selen 1817 als rötliche Ablagerung in den Bleikammern der Schwefelsäurefabrik Gripsholm. Aufgrund seiner extrem hohen Leitfähigkeit bei Belichtung wird Selen in der Halbleiterindustrie und als fotoleitende Beschichtung eingesetzt.
• Silicium 1823. Es ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element, 90 % der Erdkruste bestehen aus Siliciummineralen. Berzelius stellt es erstmals aus Siliciumtetrafluorid her. Silicium in Reinform ist aufwendig in der Herstellung. Silicium-Einkristalle in dünne Scheiben geschnitten ergeben die Wafer der Halbleiterindustrie und gewinnen besonders in der Photovoltaik immer mehr Bedeutung. Ebenso wie bei Silicium und Tantal ist es wieder Berzelius, der 1824 erstmals Zirkonium in Reinform herstellt, im Nachgang zu Klaproth 1789, der aus dem Mineral Zirkon erstmals stark verunreinigtes Zircondioxid herstellt.
• Thorium 1829. Thorium als Legierungsbestandteil verbessert die Wärmeeigenschaften und dient daher zum Bau von Strahantriebe von Raketen.

Die von ihm entdeckten Elemente Thorium und Selen benennt er nach dem nordischen Donnergott Thor und der griechischen Mondgöttin Selene.
Auch Lithium, Vanadium und mehrere seltene Erden werden in Zusammenhang mit Berzelius immer wieder genannt.

Berzelius gilt zusammen mit Lavoisier auch als Begründer der Elementaranalyse für die Nichtmetalle Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel in organischen und anorganischen Verbindungen.


Berzelius ist Empiriker und verbringt die meiste Zeit im Labor mit Versuchen, nicht mit dem Aufstellen von Theorien. Er führt eine Vielzahl von Analysen durch, in deren Zuge er heute gängige chemische Arbeitsverfahren verfeinert oder erst einführt. Hierfür benötigt er Apparaturen und Geräte, die er genau nach seinen Bedürfnissen bauen lässt oder baut. Die Verwendung von Filterpapier, das Erhitzen von Flüssigkeiten im Wasser-, Öl- oder Sandbad oder das Trocknen von Stoffen im Exsikkator gehen auf ihn zurück. Er entwickelt auch nach eigenen Bedürfnissen Rundkolben, Reagenzgläser, Spritzflaschen, Filtriergestelle, Analysetrichter und Kautschukschläuche als Verbindungsstücke von Glasapparaturen.
Auch erfindet er die Berzelius-Lampe, die durch einen Hohldocht einen sehr starken Zug entwickelt und vor der Erfindung des Bunsenbrenners dessen Heizaufgabe im Labor übernimmt.


Bereits 1808, im Jahr des dritten Schwedisch-Russischen Krieges um Finnland, wird Berzelius in die schwedische Akademie der Wissenschaften aufgenommen, ab 1818 ist er ständiger Sekretär. Ihre heutige Struktur und Aufgabe erhält die Akademie um 1820 von Berzelius. Die schwedische Akademie der Wissenschaften ist vor allem bekannt durch ihre alljährliche Wahl der Nobelpreisträger in Chemie und Physik und die Verleihung des Preises, gestiftet aus den Zinsen des Vermögens von Alfred Nobel, das er mit der Erfindung des Dynamits verdient hat.

Berzelius bringt in seiner Eigenschaft als Sekretär der schwedischen Akademie der Wissenschaften zwischen 1821 und 1848 die Ars berättelser om framstegen i fysik och kemie heraus. Diese Zeitschrift besteht heute noch. Sie wird zwischen 1821 und 1848 u. a. von Gmelin und Wöhler ins Deutsche übersetzt und als Jahresbericht über die Fortschritte der Chemie und Mineralogie in Tübingen verlegt. Hierin rezensiert Berzelius alle ihm zugänglichen Veröffentlichungen über Physik, anorganische Chemie, Pflanzenchemie, Tierchemie, Mineralogie und Geologie und ist so oberster Richter über Wert und Unwert aller wissenschaftlichen Leistungen. Seine Jahresberichte werden immer wieder als "first chemical review serial" bezeichnet.


Berzelius erkennt als erster die Phänomene der Allotropie (Ein Element kann in unterschiedlichen Kristallformen existieren, zB Kohlenstoff kann als Diamant oder als Graphit vorkommen) und der Isomerie (Chemische Verbindungen können trotz gleicher Anzahl gleichartiger Atome im Molekül anders angeordnet sein und daher unterschiedliche Eigenschaften haben), zB Dimethylether H₃C-O-CH₃ und Ethanol H3C-CH2-OH.

Er beschreibt 1835 als erster das schon seit der Antike bekannte und bewusst eingesetzte Phänomen die Katalyse. "Die katalytische Kraft scheint eigentlich darin zu bestehen, dass Körper durch ihre bloße Gegenwart und nicht durch ihre Verwandtschaft die bei dieser Temperatur schlummernden Verwandtschaften zu erwecken vermögen, so dass zufolge derselben in einem zusammengesetzten Körper die Elemente sich zu solchen anderen Verhältnissen ordnen, durch welche eine größere elektrochemische Neutralisierung hervorgebracht wird."

Wilhelm Ostwald erhält 1909 den Nobelpreis für folgende Definition von Katalyse: "Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden und ohne die endgültige Lage des thermodynamischen Gleichgewichts dieser Reaktion zu verändern."

Um eine chemische Reaktion in Gang zu bringen, muss häufig die notwendige Aktivierungsenergie aufgebracht werden (zB durch Erhitzen). Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Aktivierungsenergie absenkt und so die Reaktion unter weniger Energieeinsatz in Gang bringt ohne selbst in der Reaktion verbraucht zu werden. ... (in Wahrheit reagiert der Katalysator meist schon mit, wird aber am Ende aller chemischen Prozesse wieder (quasi unverändert) freigesetzt.)

Ein bekanntes Einsatzgebiet von Katalysatoren ist Eisen für die Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren von 1913, das die Aktivierungsenergie auf etwa ein Achtel reduziert und so eine wirtschaftliche industrielle Herstellung dieses Grundstoffs für die Düngemittelindustrie ermöglicht.


Berzelius´s Leben außerhalb des Labors verläuft unspektakulär. Er unternimmt einige Reisen nach England 1813, nach Frankreich 1825 und nach Deutschland, pflegt intensive Korrespondenz und erhält Ehrenbezeugungen ausländischer Universitäten und Gelehrtengesellschaften, so die Aufnahme in die Royal Society und deren renommierte Copley-Medaille. Erst mit 56 Jahren heiratet er mit Elizabeth Poppius die Tochter eines alten Freundes und wird zum Baron ernannt. Die Ehe bleibt kinderlos. In seinen letzten Jahren ist er an den Rollstuhl gefesselt, in dem er, lesend, am 7. August 1848 stirbt.