Chemienobelpreis 1903: Svante August Arrhenius


Chemienobelpreis 1903: Svante August Arrhenius
Chemienobelpreis 1903: Svante August Arrhenius
 
Der schwedische Wissenschaftler erhielt den Nobelpreis für »das außerordentliche Verdienst, das er sich durch seine Theorie über die elektrolytische Dissoziation erworben hat«.
 
 
Svante August Arrhenius, * Uppsala, 19.2.1859, ✝ Stockholm 2.10.1927; ab 1884 Dozent in Uppsala, ab 1895 Professor an der Hochschule in Stockholm, ab 1905 Direktor des Stockholmer Nobelinstituts für physikalische Chemie; entdeckte unter anderem, dass elektrisch neutrale Verbindungen beim Lösen in entgegengesetzt geladene Teilchen zerfallen (elektrolytische Dissoziation).
 
 Würdigung der preisgekrönten Leistung
 
Was passiert eigentlich genau, wenn sich ein großer Kristall Kochsalz in Wasser löst? Wohl niemand hätte im 19. Jahrhundert erwartet, dass ausgerechnet die Beobachtung eines elektrischen Phänomens die Antwort auf diese Frage geben sollte. Svante August Arrhenius hatte nicht nur elektrische Ströme in Lösungen gemessen, er hatte auch eine Erklärung dafür geliefert, wie denn Strom in einer Lösung aus den elektrisch praktisch neutralen Komponenten Wasser und Salz fließen könne. Seine in seiner Promotion 1884 aufgestellte Theorie war zunächst extrem umstritten. Beim Doktorexamen erhielt der hochbegabte Wissenschaftler die schlechtest mögliche Note. Damals ahnte niemand, dass Svante Arrhenius 19 Jahre später für genau diese Theorie die höchste Auszeichnung der Wissenschaft, den Nobelpreis erhalten würde.
 
Nimmt man die moderne Atomtheorie zu Hilfe, sehen die Überlegungen von Svante Arrhenius so zwingend aus, dass die heftige Diskussion um seine Theorie aus heutiger Sicht völlig unverständlich erscheint. Niels Bohr (Nobelpreis für Physik 1922) aber entwickelte erst 1913 sein Atommodell, das die Arrhenius-Theorie so einleuchtend macht. Deshalb musste es seinen Zeitgenossen so vorkommen, als denke der Schwede das Undenkbare: Das elektrisch neutrale Kochsalz solle in zwei Teile zerfallen, sobald es sich in Wasser löse. Und diese Teilchen seien nicht nur elektrisch geladen, sie trügen obendrein auch noch entgegengesetzte Ladungen. Das elektrisch neutrale Kochsalz zerfalle demnach in positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chloridionen (mit dem Wörtchen Ion bezeichnen Chemiker elektrisch geladene Atome oder Moleküle). Da sich die Ladungen der Natrium- und Chloridionen in einer Kochsalzlösung gegenseitig ausgleichen, halte ein Beobachter die Lösung für elektrisch neutral. Lege man aber Strom an die Lösung, leiteten die elektrisch geladenen Teilchen diesen elektrischen Strom weiter. Genau das hatte Arrhenius getan.
 
Seine Theorie war nicht nur in sich logisch und folgerichtig, sie erklärte auch eine Reihe von Phänomenen, die namhafte Chemiker sich nicht erklären konnten. Sie hatte nur einen gravierenden Nachteil: Niemand konnte die Ionen sehen, in die das Kochsalz zerfallen sollte. Also lehnte die Fachwelt die Arbeit von Svante Arrhenius erst einmal einhellig ab. Dennoch wurde die Theorie weltweit heftig diskutiert. Der schwedische Wissenschaftler konnte mit einer Reihe namhafter Kollegen wie Wilhelm Ostwald in Riga (Nobelpreis 1909), Friedrich Kohlrausch in Würzburg und Ludwig Boltzmann in Graz zusammenarbeiten. Gemeinsam mit Jacobus van't Hoff (Nobelpreis 1901) formulierte Svante Arrhenius seine Theorie der Dissoziation, wie der Fachbegriff für das Zerfallen einer Verbindung in Ionen lautet, dann weiter aus, sodass sie sich schließlich weltweit durchsetzen konnte. Damit hatten van't Hoff und Arrhenius nicht nur ein bisher rätselhaftes Phänomen erklärt, sondern auch die moderne Chemie begründet.
 
 Die elektrolytische Dissoziation
 
Mithilfe des Bohr'schen Atommodells erklärt sich heute die Theorie um die Dissoziation wie folgt: Jedes Atom wird von einer bestimmten Zahl an Elektronen umkreist, die sich innerhalb bestimmter Schalen um den Atomkern aufhalten. In jede Schale passt eine begrenzte Zahl von Elektronen. Ist die äußerste dieser Elektronenschalen völlig gefüllt, hat das Atom einen Idealzustand erreicht. Chemische Reaktionen geht es dann kaum noch ein. Das ist bei den Edelgasen der Fall. Alle anderen Elemente versuchen diesen Idealzustand der Edelgase zu erreichen, indem sie Elektronen in ihre äußerste Schale aufnehmen oder abgeben.
 
Ein Natriumatom besitzt in seiner äußersten Schale zum Beispiel nur ein einziges Elektron. Verliert es dieses, präsentiert es die darunter liegende, vollständig gefüllte, Edelgas ähnliche Elektronenschale nach außen und hat damit den Idealzustand erreicht. Einem Chloratom dagegen fehlt genau ein einziges Elektron in der äußersten Schale. Den angestrebten Edelgaszustand erreicht Chlor daher am einfachsten, wenn es sich ein Elektron einfängt.
 
Dieser Idealzustand tritt ein, wenn Chloratome auf Natriumatome treffen. Jetzt können die Natriumatome jeweils ein Elektron an das Chlor abgeben und beide Atome erreichen gleichzeitig ihren Idealzustand. Allerdings ist aus dem Natriumatom ein Natriumion geworden, dem eine einzelne negative elektrische Ladung fehlt und das daher eine einzige positive Ladung trägt. Umgekehrt trägt das entstandene Chlorion eine einzelne negative elektrische Ladung, weil es ein zusätzliches Elektron aufgenommen hat. Nach außen aber wirkt die Kombination dieser elektrischen Ladungen in einem Natriumchlorid-Kristall (Kochsalz) neutral, weil sich die Natrium- und Chlorionen gegenseitig ausgleichen. Da alle Ionen fest im Kristall gebunden sind, können sich auch keine elektrischen Ladungen bewegen und damit kann kein elektrischer Strom fließen. Erst als Svante Arrhenius das Kochsalzkristall in Wasser löste, verteilten sich die einzelnen Ionen gleichmäßig in der gesamten Lösung und konnten sich frei bewegen.
 
 Erklärung anderer Phänomene
 
Natürlich beschränkte Svante Arrhenius seine Theorie nicht nur auf die Kochsalzlösung, sie gilt genauso für alle anderen Lösungen von Salzen. Auch Säuren lösen sich nach dem gleichen Prinzip. Bei ihnen spalten sich jeweils ein oder mehrere positiv geladene Wasserstoffionen ab, zurückbleiben negativ geladene Salzionen. Allerdings läuft diese Aufspaltung bei verschiedenen Säuren nicht vollständig ab. Je weniger eine Säure in Wasserstoffionen und negativ geladenen Ionen dissoziiert, umso schwächer ist die jeweilige Säure. Da die entstehenden Wasserstoffionen nur existieren können, wenn sie von möglichst vielen Wassermolekülen abgepuffert werden, erklärt die Arrhenius-Theorie gleichzeitig ein weiteres Phänomen. Je niedriger konzentriert die schwache Essigsäure ist, umso stärker erscheint sie. Das ist logisch, da in diesem Fall im Vergleich zur Anzahl der Säuremoleküle sehr viele Wassermoleküle zur Verfügung stehen, die Wasserstoffionen abpuffern können. Deshalb dissoziiert die Säure stärker.
 
Mithilfe der Dissoziations-Theorie erklärt man noch eine Reihe weiterer Phänomene wie die Neutralisierung von Basen und Säuren, aus denen sich Wasser und Salz bildet. Vergessen wird allerdings häufig eine weitere Leistung des Schweden. Bereits 1896 hatte er die Wirkung des Kohlendioxids in der Atmosphäre erkannt. Schon damals hatte er vor einem möglichen Treibhauseffekt gewarnt, hervorgerufen durch die Verbrennungsprozesse der modernen Zivilisation, die zunehmend Kohlendioxid freisetzen.
 
R. Knauer, K. Viering

Universal-Lexikon. 2012.

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