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Streit der Gelehrten um das Atomgewicht


Von Wladimir Reschetilowski und Heiner Hegewald

Um die Atomgewichtsfrage tobte um die Wende des 19. zum 20. Jahrhunderts ein heftiger Disput. Auch der Germanium-Entdecker Clemens Winkler mischte sich mit deutlichen Worten ein, wie Briefe aus seinem Nachlass belegen.

Streit der Gelehrten um das Atomgewicht© Heidas - Wikimedia CommonsDenkmal für Mendelejew und sein Periodensystem der chemischen Elemente in St. Petersburg
Vor 125 Jahren, am 6. Februar 1886, isolierte Clemens Winkler (1838-1904), Professor für anorganische Chemie an der Bergakademie Freiberg, nach viermonatiger angestrengter Arbeit aus dem Freiberger Mineral Argyrodit ein neues chemisches Element. Aus Liebe zu seinem Vaterland gab er ihm den Namen "Germanium".1) In seinen ausführlichen "Mittheilungen über das Germanium"2) schrieb Winkler: "Von größtem Interesse musste es sein, das Atomgewicht des Germaniums festzustellen". Dies sollte "...sofort, wenn auch zunächst nur mit annähernder Genauigkeit, vorgenommen werden". Da die Versuche Winklers zur Ermittlung des Atomgewichtes auf dem Wege der klassischen Gewichtsanalyse "...durchaus keine constanten, sondern sogar ganz erheblich differierende Werthe [lieferte]", bestimmte er das Atomgewicht auf "... massanalytischem Wege und zwar durch Titrierung des im [Germanium]Tetrachlorid enthaltenen Chlors nach Volhard's Methode". Als Bezugsgröße bei der Berechnung des Atomgewichtes diente ihm H = 1 (O = 15,96) und "ergab im Mittel von 4 Versuchen 72,32". Winkler vermerkte: "Obwohl sich die Richtigkeit des so gefundenen Atomgewichts in Rücksicht auf die angewendete Methode noch nicht unbedingt verbürgen lässt, so stimmt dasselbe doch mit der von Mendelejew für Ekasilicium berechneten so nahe überein, dass die Identität des Germaniums mit letzterem nicht zu bezweifeln ist".

15 Jahre zuvor hatte der am Technologischen Institut und an der Universität in St. Petersburg lehrende Dmitri I. Mendelejew (1834-1907) auf der Grundlage des von ihm aufgestellten periodischen Systems der chemischen Elemente präzise Voraussagen sowohl zu dem noch unbekannten Element selbst als auch zu seinen Verbindungen (Abbildung 1) gewagt.3) Die von Winkler gefundenen und beschriebenen Eigenschaften des Germaniums stimmten geradezu frappant mit den Prognosen von Mendelejew überein (siehe Tabelle).4) Als ausschlaggebendes Kriterium zur Systematisierung der bis dahin bekannten etwa 60 chemischen Elemente diente das Atomgewicht. Dessen Bestimmung war jedoch noch mit großen Unsicherheiten verbunden - einerseits aufgrund einer Reihe von chemischen und physikalischen Prozessstufen sowie hohen Anforderungen an die Reinheit der zur Analyse eingesetzten Verbindungen, andererseits durch die willkürliche Wahl der Bezugsgröße (H = 1 oder O = 16). Letzteres führte immer zu einer Unterbestimmtheit des Systems, und erhitzte deshalb immer wieder die Gemüter der Chemiker.

Die Bedeutung des Atomgewichts

Vor diesem Hintergrund avancierte der Karlsruher Chemikerkongress im September 1860 [s. Nachr. Chem. 2010, 58, 539], nicht zuletzt durch den Beitrag von Stanislao Cannizzaro (1826-1910) zu einem Meilenstein auf dem Weg zur Vereinheitlichung des Begriffsinhalts bei Atom(Äquivalent)- Gewichten.5) Lothar Meyer (1830-1895), häufig als "deutscher Vater des periodischen Systems" dekoriert, resümierte: "Wenn ich einige Jahre später etwas für die Klärung der Sachlage und Beruhigung der erhitzten Gemüter habe beitragen können, so ist das zu einem nicht unwesentlichen Teil der Schrift Cannizzaros zu danken".6) Gemeint war Cannizzaros kleine Schrift "Sunto di un corso di filosofia chimica", die er in Karlsruhe verteilte und die für die späteren Entdecker des periodischen Systems als geistiger Katalysator wirkte. Dmitri I. Mendelejew gestand 30 Jahre später, dass der Geist der Karlsruher Tagung unmittelbare Auswirkungen hatte auf seinen "Versuch eines Systems der Elemente, begründet auf deren Atomgewicht".7)

Im Jahr 1907 sollten Cannizzaro und Mendelejew gemeinsam zur Auszeichnung mit dem Nobelpreis vorgeschlagen werden, doch leider kam es nicht mehr zur Verleihung, da der große russische Gelehrte am 2. Februar 1907 an einem Herzschlag starb.8) Auch Cannizzaro erhielt niemals den Nobelpreis. Der richtungsweisende "Sunto" von Cannizzaro verstärkte die wissenschaftliche Suche von Gesetzmäßigkeiten zwischen den Atom(Äquivalent)-Gewichten der verschiedenen chemischen Elemente. Dabei erkannte Mendelejew erstmals, dass "die Größe des Atomgewichtes den Charakter des Elementes bestimmt". Meyer ergänzte die epochemachenden Vorstellungen von Mendelejew durch seine Ideen von der Periodizität der Atomvolumina der Elemente und ordnete einzelne Elemente zutreffender an. Man muss jedoch konstatieren, dass der wesentliche Verdienst von Mendelejew darin bestand, die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Platzhalter noch unentdeckter Elemente genau vorausgesagt zu haben, so auch für das Ekasilicium alias Germanium, das Winkler erst 15 Jahre danach entdeckte (Abbildungen 2 und 3, S. 128). In seinen "Mittheilungen über das Germanium" resümierte Winkler pathetisch: "Denn einen schlagenderen Beweis für die Richtigkeit der Lehre von der Periodicität der Elemente, als den, welchen die Verkörperung des bisher hypothetischen "Ekasiliciums" in sich schließt, kann es kaum geben, und ... er bedeutet ... einen mächtigen Schritt ins Reich der Erkenntnis".2)

Wasserstoff H = 1 versus Sauerstoff O = 16

Aber auch Winkler musste bald erfahren, dass Wahrheitsfindung steinig und schwer ist. Beim weiteren Ausbau des periodischen Systems der chemischen Elemente wurden die geltenden Bestimmungsmethoden und Genauigkeiten der gebräuchlichen Atomgewichte immer wieder in Frage gestellt. Mehr noch: Bei der Wahl der zweckmäßigen Bezugseinheit, Wasserstoff H = 1 oder Sauerstoff O = 16, schieden sich die Gelehrtengeister und standen sich lange Zeit unversöhnlich gegenüber. Um endlich Klarheit darüber zu schaffen, welche Atomgewichte den praktisch-analytischen Berechnungen zu Grunde zu legen sind, ernannte der Vorstand der Deutschen Chemischen Gesellschaft auf Antrag von Emil Fischer (1852-1919) am 1. Dezember 1897 eine Atomgewichtskommission (AGK). Ihr gehörten Hans Landolt (1831-1910), Wilhelm Ostwald (1853-1932) und Karl Seubert (1851-1942) an. Ihrem ersten Bericht legte die Kommission die Einheit O = 16,000 zugrunde. Offenbar gab Wilhelm Ostwald in dieser Frage den Ton an, da er von Anfang an nur eine auf Sauerstoff bezogene Tabelle akzeptierte. Bei Clemens Winkler stieß diese Festlegung der AGK auf völliges Unverständnis. In seinem Brief an Karl Seubert vom 18. August 1898 äußerte er vehement seine Kritik: " ... daß Sie sich bezüglich der Atomgewichte mit den Herrn Landolt und Ostwald zunächst auf die Norm O = 16 geeinigt haben, ist mir insofern bedauerlich, als damit die Einheit gefallen ist, welche dem Lehrer bei Darlegung der Volumen- und Gewichtsverhältnisse so unleugbare Vortheile darbot".9)

Da es diesbezüglich noch weitere kritische Stimmen gab, beschloss die AGK, künftig zwei Tabellen bekannt zu geben: Die erste bezog sich auf H = 1, die zweite auf O = 16. Winkler begrüßte diese Entscheidung und war voll des Lobes auf die Mitglieder der Kommission, das er in seinem Schreiben an Ostwald vom 10. Januar 1899 zum Ausdruck brachte: " ... Die von Ihnen in Gemeinschaft mit den Herren Landolt und Seubert vorgenommene Festsetzung der Atomgewichte ist ein äußerst verdienstliches Unternehmen gewesen und ich bitte um die Erlaubniß, den allgemeinen Dank dafür den meinigen im Besonderen anfügen zu dürfen. Ich bin anfänglich principiell für die Beibehaltung der Wasserstoffeinheit gewesen, bekenne mich aber nun gern zu Ihrer Aufstellung und freue mich vor Allem über die nun erzielte, so lange ersehnte Einheitlichkeit."10) Im Jahr 1900 gründete sich eine internationale AGK. Sie bestand aus Frank Wigglesworth Clarke (1847-1931), Thomas Edward Thorpe (1845-1925) und Karl Seubert - später stieß noch Henri Moissan (1852-1907) hinzu. Auch sie hielt an dem Kompromiss fest und gab zunächst zwei Tabellen für "internationale Atomgewichte" heraus; in Deutschland änderte sich jedoch alsbald die Stimmung - offenbar unter nachdrücklicher Einflussnahme Ostwalds - und die AGK begann wieder nur eine auf O = 16 bezogene Tabelle zu empfehlen.

Der streitbare Gelehrte

Dieser Entwicklung wollte sich Winkler, obwohl schon Emeritus und von schwerer Krankheit gezeichnet, nicht unterwerfen. Er wandte sich am 14. März 1903 aus Dresden in einem privaten Brief an Ostwald "in berechtigter Vertretung von vielen Fachgenossen, ... die unbedingt für die Beibehaltung der Wasserstoffeinheit ... stimmen und die durch die Aufstellung der Sauerstoffnorm herbeigeführte Spaltung auf das Tiefste beklagen".11) Die Antwort nicht abwartend schrieb Winkler am 30. September 1903 erneut an Ostwald: "Den Artikel 'Internationale Atomgewichte von 1903', welchen Ihnen in der Beilage zu überreichen ich hiermit die Ehre gebe, wird, wie ich leider befürchten muß, wenig Beifall bei Ihnen finden, weil sein Inhalt, im Gegensatz zu Ihrer eigenen Ansicht oder doch zu den auch von Ihnen vertretenen Beschlüssen der bisherigen Atomgewichts-Commission steht".12) Trotzdem dankte er Ostwald für seine "reiche Mühewaltung" und wünschte sich, " .... daß es gelingen möge, die Atomgewichtsfrage einer allseitig befriedigenden Lösung entgegenzuführen". Ostwald hielt es offenbar nicht für nötig, dem bereits im Sommer 1902 aus dem Amt geschiedenen und schwer erkrankten Winkler in diesem Streit zu antworten. Winklers Verärgerung darüber kannte jetzt keine Grenzen. In einem an Seubert gerichteten Schreiben vom 2. März 1904 wetterte er: "Die Vorwürfe oder richtiger die Vorstellungen, die ich gegen die Atomgewichts- Commission erhoben habe, sind weder gegen Sie noch gegen unseren allverehrten Landolt, mit dem ich mich stets verstanden habe, gerichtet gewesen. Sie haben einzig Ostwald, dem Allesbesserwisser und Friedensstörer, gegolten. Was hat dieser Mann, der nicht eine einzige chemische Experimentalarbeit von Bedeutung geliefert hat, der - fragen Sie seine Schüler! - keine Analyse machen, viel weniger ein Atomgewicht bestimmen kann, auf unserem chemischen Gebiete zu schaffen und was giebt ihm ... das Recht, sich zum Führer in Atomgewichtsangelegenheiten aufzuwerfen?" Winkler legte noch eins drauf: "Wohin Ostwald ... den Fuß setzt, schwindet die Gründlichkeit wissenschaftlicher Forschung und an ihrer Stelle tritt Phrasen- und Hypothesengeklingel."9)

Dabei wusste Winkler sehr wohl, dass sich die chemische Welt bereits an die Bezugsgröße O = 16 gewöhnt hatte und sich damit zu arrangieren begann, "zumal die Organiker der Atomgewichtsangelegenheit ziemlich interessenlos gegenüberstehen, während die Physikochemiker sie zur Partheisache gemacht haben".9) Deshalb wollte er sich eigentlich der entstandenen Lage "widerstandslos fügen" und das "Kriegsbeil begraben".

Doch als am 30. Juni 1904 die AGK der Deutschen Chemischen Gesellschaft ein von den Hans Landolt, Wilhelm Ostwald und Otto Wallach (1847-1931) unterzeichnetes Rundschreiben erlassen hatte, in dem der Ausschuss dieser Kommission ersucht wurde, "vom künftigen Jahr an a) nur eine Atomgewichts- Tabelle herauszugeben und b) als solche die auf O=16 bezogen zu wählen", fühlte sich Winkler veranlasst, zum letzten Mal ein "privates Wort" an Seubert als Mitglied der internationalen AGK zu richten. In seinem mehrseitigen Brief vom 4. Juli 1904 brachte Winkler noch einmal seine Bedenken gegenüber der Sauerstoffbasis, die "in Folge siebenjähriger Zauderpolitik einmal Boden gefasst hat", ausführlich vor9) und verteidigte die Wasserstoffbasis vehement, da sie sich praktisch bewährt habe und "die Chemiker nicht den mindesten Anlaß [hätten], sie fallen zu lassen". Das Ende der Debatten zur Atomgewichtsfrage verlief nicht in Winklers Sinn - er erlebt es jedoch nicht mehr, denn er starb am 8. Oktober 1904 in Dresden. Im Bericht des Jahres 1906 der Internationalen Vierer-Kommission, bestehend aus Clarke, Thorpe, Seubert und Moissan, hieß es schlussendlich, dass sie sich "den Wünschen der Mehrheit" unterordnet und ferner die auf Wasserstoff bezogene Tabelle nicht mehr veröffentlichen wird. Bemerkenswert ist, dass laut einer früheren Umfrage der großen internationalen AGK vom 15. Dezember 1899 zur Atomgewichtsbasis sich zwar 40 Stimmen für O = 16 und nur 7 Stimmen für H = 1 erklärten, von den deutschen Delegierten sich jedoch ebenso viele für wie gegen O = 16 aussprachen. Auch bei späteren an die AGK der Deutschen Chemischen Gesellschaft eingegangenen Zuschriften lag die Majorität mit 106 Stimmen für H = 1 gegen 78 Stimmen für O = 16 eindeutig auf der Seite der Wasserstoffbasis. Da andererseits nur ein Verein für H = 1, aber vier Vereine für O = 16 votierten, und entsprechende Äußerungen der nicht zur Kommission gehörenden Chemiker anderer Länder gänzlich fehlten, entschied sich die AGK, vorläufig doch O = 16 als internationale Basis beizubehalten.13) Erst im Jahr 1961 legte die Iupac- Atommassenkommission endgültig die Kohlenstoff-Atommasse C = 12 als einheitliche Basis für die Bestimmung der Atommassen chemischer Elemente fest.14) Danach berechnete sich für das von Winkler entdeckte Germanium eine Atommasse von 72,64(1).

Germanium - das Element der Zukunft

Die technische Anwendung des Germaniums ließ nach seiner Entdeckung lange Zeit auf sich warten. Das änderte sich zusehends mit dem Aufkommen der Halbleitertechnik in der Mitte des 20. Jahrhunderts. Heute sind Germanium und seine Verbindungen außerdem in der Hochfrequenz- und Infrarottechnik unentbehrlich geworden. Welche katalytischen Fähigkeiten das Germanium bietet, beleuchtete der Nobelpreisträger in Chemie des Jahres 2007 Gerhard Ertl systematisch in seiner Dissertationsschrift.15) Großtechnisch wird Germaniumdioxid als Katalysator bei der Herstellung von Polyesterfasern und -granulaten eingesetzt. Es bleibt abzuwarten, ob das vor 125 Jahren entdeckte Germanium nicht noch für weitere Überraschungen sorgen wird.

Literatur und Anmerkungen

1) Clemens Winkler, "Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element", Berichte d. Dtsch. Chem. Ges. 19 (1886) 210-211
2) Clemens Winkler, "Mittheilungen über das Germanium", J. prakt. Chem. 34 (1886) 177-229
3) Dmitri I. Mendelejew, "Zur Frage über das System der Elemente", Berichte d. Dtsch. Chem. Ges. (1871) 343-352
4) Paul Walden, "Dmitrii Iwanowitschii Mendelejeff", Berichte d. Dtsch. Chem. Ges. 39 (1907) 4719-4800
5) Ernst von Meyer, "Die Karlsruher Chemikerversammlung im Jahre 1860", J. prakt. Chem. 83 (1911) 182-189
6) Lothar Meyer (Hrsg.), "Abriß eines Lehrganges der theoretischen Chemie, vorgetragen an der K. Universität Genua von Prof. S. Cannizzaro, Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften, Leipzig, Nr. 30, 1891, S. 59
7) Dmitri I. Mendelejew, "Periodische Gesetzmäßigkeit chemischer Elemente", Faraday - Lecture J. chem. Soc. 55 (1889) 634-656
8) A. M. Bloch, "'Nobeliane' von Dmitri Mendelejew", Priroda 2 (2002) 72-77
9) Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, Sammlung Chemiker-Briefe, Nr. 108
10) Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, Nachlass Ostwald, Nr. 3309, Blatt 4303/7
11) ibid., Blatt 4303/9
12) ibid., Blatt 4303/10
13) Hans Landolt, Wilhelm Ostwald, Karl Seubert, "Dritter Bericht der Commission für die Festsetzung der Atomgewichte", Berichte d. Dtsch. Chem. Ges. 34 (1901) 4353-4384
14) Normen E. Holden, "Atomic Weights and the International Committee - A Historical Review", Chemistry International 26 (2004) 1-33
15) Gerhard Ertl, "Über die Kinetik der katalytischen Oxydation von Wasserstoff an Germanium-Einkristallen", Z. Phys. Chem. N.F. (Frankfurt), 46 (1965) 49-62

Für die freundliche Überlassung von Kopien der Originalbriefe sei Vera Enke und Wiebke Witzel, Archiv der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften herzlich gedankt.


Über die Autoren
Wladimir Reschetilowski ist seit dem Jahr 1996 Professor für Technische Chemie an der TU Dresden. Er studierte Chemie in Kiew und Merseburg, promovierte 1979 und habilitierte sich 1987 mit Arbeiten zur heterogenen Katalyse. Von 1988 bis 1990 war er Hochschuldozent an der Universität Leipzig und von 1991 bis 1996 Abteilungsleiter ,,Technische Chemie" am Karl-Winnacker-Institut der Dechema, Frankfurt, sowie ab 1994 Honorarprofessor an der Universität Leipzig.
Heiner Hegewald ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Universitätsarchiv der TU Dresden. Er studierte Chemie in Greifswald, Freiberg und Dresden und promovierte im Jahr 2005 an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg mit einer Arbeit zur Chemiegeschichte.


Aus Nachrichten aus der Chemie» :: Januar 2011

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