Chemie, Entwicklung als Wissenschaft

Wenn allgemein von "der Chemie" die Rede ist, so wird damit nicht nur deren zwischenzeitlich errichtetes theoretisches Gebäude aus Theorien, Gesetzen, Modellen und Methoden verstanden, sondern auch die Herstellung von Produkten und deren möglicherweise ambivalente Nutzung in vielen Lebensbereichen der Menschen.

Die Entwicklung der uns heute so geläufigen theoretischen Hintergrundbetrachtungen chemischer Erscheinungen ging damals zunächst nicht von den Praktikern aus, sondern von den antiken Philosophen. Hier wurden erstmals solche Begriffe geprägt, wie der des Atoms, des Elements und der Verbindung selbstverständlich nicht in der heute gebräuchlichen Form. Die strenge Trennung von Kopf- und Handarbeit in der antiken Sklavenhaltergesellschaft verhinderte einen Zusammenspiel zwischen Naturwissenschaftlern (Naturphilosophen) und den praktisch arbeitenden Handwerkern im chemischen Gewerbe.
Die Erkenntniswege der antiken Naturphilosophen waren das Denken und der Dialog zu bestimmten Beobachtungszusammenhängen.

ARISTOTELES stellte einen Zusammenhang zwischen den vier Elementen - Feuer, Luft, Erde und Wasser - und deren stofflichen Eigenschaften her. Aber er trennte Stoffe und Eigenschaften gedanklich streng. Diese Auffassung griffen später im Mittelalter die Alchemisten auf in dem sie versuchten, unedleren Stoffen, eine edlere Eigenschaft einzupflanzen.

Beispiel einer noch heute gebräuchlichen aristotelischen Begriffsdefinition in der Chemie:

In den Zeitraum von etwa 400 bis ins 16. Jh. fällt die Periode der Chemie, die als Alchemie bezeichnet wird. Viele Alchemisten versuchten auf der Grundlage von ARISTOTELES Schlussfolgerungen, Gold oder das Elixier, das ewige Jugend bewirken sollte, durch Transmutation herzustellen. Die Alchemisten (Bild 1) verstanden darunter jedoch nicht eine chemische Reaktion, sondern eine Umwandlung, das Übertragen von edlen Eigenschaften auf einen weniger edlen Stoff.

Alchemie setzt sich aus zwei Wortteilen zusammen. "Al" ist arabisch und "chymia" ist griechisch. Im ursprünglichen Sinne bedeutet es: Metallguss.

Obgleich noch nicht völlig frei von einzelnen Alchemistischen Vorstellungen, kam der Engländer R. BOYLE (17.Jh.) auf der Grundlage eigener Untersuchungen zu dem Schluß, dass Alchemistisches die Lehre über die vier Elemente von ARISTOTELES nicht haltbar ist. Er begründete die moderne Auffassung zu den chemischen Elementen als Stoffe, die auf chemischen Wegen nicht weiter zerlegt werden können.

A.L. LAVOISIER erklärte die Oxidation als Sauerstoffaufnahme und die Reduktion als die Abgabe von Sauerstoff aus einem Oxid. LAVOISIERS Entdeckung und die theoretische Folgerungen überwanden nicht nur eine falsche Theorie, sondern sie revolutionierten das zukünftige Vorgehen in der Chemie. Der bereits auf BOYLE zurückgehende Elementbegriff wurde nicht nur auf Redoxvorgänge angewendet, sondern auch auf die anderen Teilgebiete der Chemie. Experimentelles und theoretisches Arbeiten wurden zu einer sich ergänzenden Einheit beim Aufspüren neuen Wissens. Aus der Alchemie war die wissenschaftliche Chemie geworden.

Anfangs des 19. Jh. veröffentlichte J. DALTON auf der Basis umfangreichen experimentellen Materials die Neuformierung der Atomhypothese, er bestimmte Atomgewichte und erkannte das Gesetz der multiplen Proportionen. In die gleiche Zeit fällt die Entwicklung der dualistischen Bindungstheorie durch J. J. BERZELIUS (Bild 1) und die Zuordnung der chemischen Elemente zu den im wesentlichen noch heute gebräuchlichen Symbolen. J.v. LIEBIG installierte erstmals die umfassende Chemikerausbildung in Labor und Hörsaal.

1928 stellte F. WÖHLER aus anorganischen Ausgangsstoffen u.a. Harnstoff her. Er bewies, dass im anorganischen und organischen Bereich der Chemie die prinzipiell gleichen Gesetzmäßigkeiten gelten.

Das uns heute geläufige Periodensystem der Elemente (PSE), das von D. MENDELEEV und L. MEYER (1868/1871) unabhängig voneinander entwickelt wurde, ordnet die Elemente nach deren Atommassen (früher: Atomgewichte). Voraussetzung dafür war die quantitative Bestimmung der relativen Atommassen. Berühmte Vorgänger von MENDELEEV und MEYER war u. a. J.-W. DÖBEREINER (Gesetz der Triaden). Er hatte beispielsweise beim Vergleich der relativen Massen von Calcium, Strontium und Barium festgestellt, dass sowohl die relative Atommasse als auch die chemischen Eigenschaften von Strontium etwa in der Mitte zwischen Calcium und Barium liegen. MENDELEEV sagte die Existenz bis dahin noch unbekannter Elemente mit ihren Eigenschaften voraus.

Ins 19.Jahrhundert fällt auch der Beginn der rapiden Entwicklung der industriellen Produktionsweise. Die chemische Industrie bildete einen wesentlichen Schwerpunkt. Vieles, was zuvor in kleinen Handwerksbetrieben hergestellt wurde, wurde nun in großen Einheiten wesentlich rationeller produziert; hinzu kamen bisher nicht herstellbare Produkte. Die neuen Produktionsformen profitierten in hohem Maße von den Erkenntnissen der chemischen Wissenschaft, ebenso, wie die Produktion mit ihren Problemstellungen die chemische Wissenschaft stimulierte. Man versuchte sich nicht nur auf Erfahrungen zu stützen, sondern erkannte den prognostischen Aussagewert einer guten chemischen Theorie. Beispielhaft genannt werden soll hier nur die Eisen-, Stahl-, Soda- und Farbenproduktion.
Dieses wechselseitige Beeinflussen ist ein wesentliches Merkmal auch der Gegenwart. Heute fällt es schwer, einen Industriebereich zu nennen, in den kein chemisches Wissen involviert ist.

Trotz der großen theoretischen und praktischen Erfolge der Chemie in dieser Zeit, war ein übergreifendes wissenschaftliches Problem noch ungelöst. Das Zustandekommen von Bindungen zum Zusammenhalt von Atomen, Molekülen, Ionen und war unerforscht.
Wichtige Meilensteine zur Erklärung dieses Phänomens waren die Deutung von Atomspektren, die Erkenntnis des Teilchen-Welle-Dualismus und schließlich das wellenmechanische Atommodell der Elektronenhülle. Diese Erkenntnisse sind vor allem mit den Namen E. RUTHERFORD, N. BOHR, A. SOMMERFELD UND L. C. PAULING (BILD 2) verbunden. Kovalente chemische Bindungen konnten als Resultanten aus den Wechselwirkungen von Atomorbitalen erklärt werden.

Mit der zunehmenden quantentheoretischen Widerspiegelung chemischer Strukturen und der sich daraus ableitenden Prozesse wurde eine qualitativ neue Sicht auf chemische Zusammenhänge eröffnet. Diese Entwicklung hält bis heute an.