Die
Zeit, in der er lebte
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts erlebte Europa tief greifende
politische und wirtschaftliche Veränderungen. Im März 1848 hatte
die bürgerliche Revolution alle deutschen Staaten ergriffen. In den
Folgejahren fand die industrielle Revolution in Europa ihren Abschluss.
1866 erkannte WERNER VON SIEMENS das elektrodynamische Prinzip und dessen
Bedeutung für die Technik. Dadurch wurde es möglich, elektrischen
Strom durch Hochspannungsleitungen zu führen (ab 1882). THOMAS EDISON
erfand die Glühbirne. Mit diesen wichtigen Erfindungen und Entwicklungen
entstand auch ein neuer Industriezweig, die Elektroindustrie, die Elektromotoren,
Dynamomaschinen, Kabel, Schaltanlagen, Glühlampen usw. herstellte.
Die Erkenntnisse der Chemie wurden zunehmend ebenfalls industriell genutzt.
Durch neue großtechnische Verfahren der Eisenherstellung, z. B.
des BESSEMER-Verfahrens, wurde die Herstellung neuer und besserer Maschinen
möglich. Der belgische Chemiker ERNEST SOLVAY schuf die technischen
Voraussetzungen für die großtechnische Herstellung von Soda.
ADOLF VON BAEYER gelang erstmals die Synthese des beliebten Naturfarbstoffs
Indigo, er legte damit die Grundlage für dessen großtechnische
Herstellung. In Deutschland wurden Chemieunternehmen wie BAYER oder BASF
gegründet, die noch heute zu den größten Unternehmen in
der Chemiebranche zählen.
Neben der Entdeckung des Periodensystems der Elemente durch MENDELEJEW
und MEYER und der Begründung der organischen Strukturchemie durch
KEKULÉ erlebte besonders die physikalische
Chemie eine bemerkenswerte Entwicklung. Die drei Hauptsätze
der Thermodynamik wurden formuliert und die Grundlagen der Katalyse von
OSTWALD systematisch untersucht und für großtechnische Prozesse
genutzt. Dass die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen sehr oft Gleichgewichtsreaktionen
sind, erkannte man frühzeitig. Wie diese Gleichgewichte quantitativ
beschrieben werden können und auf welche Weise diese beeinflusst
werden können, wurde auch von CATO MAXIMILIAN GULDBERG und PETER
WAAGE untersucht.
Wissenschaftlicher Lebenslauf
PETER WAAGE wurde am 29. Juni
1833 in dem kleinen Ort Flekkefjord (Norwegen) als Sohn eines Kapitäns
geboren. Sein Vater ermöglichte ihm ein Medizinstudium, das er 1858
als zu langweilig empfand und in die Naturwissenschaften wechselte. Als
Chemiestudent erhielt er 1859 eine Goldmedaille für seine Abhandlung
"Die Theorie der Radicale der Sauerstoffsäuren" und wurde
Universitätsstipendiat. Nach einem kurzen Forschungsaufenthalt bei
ROBERT BUNSEN in Heidelberg berief ihn die Universität Christiania
schon 1862, also vier Jahre nach Beginn seines Chemiestudiums, zum Professor
für Chemie.
Hier begann er zusammen mit seinem Schwager CATO MAXIMILIAN GULDBERG mit
der Erforschung der "chemischen Affinität".
Darunter verstand man damals die Triebkräfte chemischer Reaktionen
und die Möglichkeit ihrer Beeinflussung.
Bereits in ihrer ersten grundlegenden Arbeit formulierten GULDBERG und
WAAGE 1864 wichtige Aussagen zur Lage von chemischen Gleichgewichten in
Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen Masse und Temperatur. 1867
erkannten sie, dass die Reaktionsgeschwindigkeit proportional zur "aktiven
Masse", also der Zahl der Moleküle pro Volumeneinheit, und damit
ihrer Konzentration, ist. Diese Arbeiten blieben jedoch lange Zeit unbeachtet
und wurden erst 1877 von OSTWALD und VAN'T HOFF aufgegriffen.
Dadurch in ihren Ergebnissen bestätigt, publizierten GULDBERG und
WAAGE 1879 das "Gesetz der Massenaktion", das später als
Massenwirkungsgesetz
(MWG) bezeichnet wurde. Es besagt, dass eine Reaktion bei einer bestimmten Temperatur
scheinbar zum Stillstand kommt, wenn das Verhältnis aus dem Produkt
der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen
der Ausgangsstoffe einen konstanten Wert erreicht. In diesem dynamischen
Gleichgewichtszustand sind die Geschwindigkeit der Hinreaktion und der
Rückreaktion gleich groß. Mit der Formel für die Gleichgewichtskonstante
lässt
sich die Lage jedes chemischen Gleichgewichts quantitativ beschreiben
(Rechenbeispiel 1).
Diese Formel beschreibt auch die "Konzentrationsabhängigkeit"
des chemischen Gleichgewichts. Da
bei einer gegebenen Temperatur konstant ist, führt eine Konzentrationsänderung
eines Stoffes dazu, dass sich auch die Konzentrationen der anderen Stoffe
ändern müssen, damit
auch konstant bleibt. So führt eine Konzentrationserhöhung des
Ausgangsstoffs A dazu, dass auch mehr Reaktionsprodukte C und D gebildet
werden müssen. Verringert man die Konzentration des Reaktionsprodukts
C, dann müssen mehr Ausgangsstoffe A und B verbraucht werden.
In beiden Fällen ändert sich der Wert der Konstante
und damit die Lage des Gleichgewichts nicht, wohl aber die Ausbeute
der Reaktion.
Die Abhängigkeit der Lage des Gleichgewichts von der Temperatur
und dem Druck wurde in den Folgejahren von LE CHATELIER und BRAUN untersucht.
Sie formulieren 1887 das Prinzip des kleinsten
Zwangs, das nur wenig mit dem Massenwirkungsgesetz zu tun hat,
da es sich auf qualitative Aussagen beschränkt.
Den quantitativen Zusammenhang zwischen der Gleichgewichtskonstante und
der Temperatur entdeckte erst VAN'T HOFF mit der nach ihm benannten Gleichung
(Rechenbeispiel 2).
Neben seinen Untersuchungen zum Massenwirkungsgesetz veröffentlichte WAAGE nur wenige andere Arbeiten zur anorganischen und organischen Chemie. Erwähnenswert ist die Entwicklung eines "Ebulliometers" zur Bestimmung des Alkoholgehalts im Bier auf der Grundlage der Siedepunktbestimmung. Des Weiteren war er Mitglied der norwegischen Akademie der Wissenschaften und der renommierten Chemischen Gesellschaft in London. Außerdem arbeitete WAAGE als Redakteur der naturwissenschaftlichen Zeitschrift "Polyteknisk Tidskrift".
Er starb am 13. Januar 1900 in Christiania (Oslo).
Bedeutende Leistungen
- Formulierung des Massenwirkungsgesetzes
- Erfindung eines "Ebulliometers" zur Alkoholbestimmung