Chemie

4.1

Verbreitung des griechischen Denkens

Nach dem Untergang des Römischen Reiches fanden die griechischen Abhandlungen in Westeuropa nicht mehr so großen Anklang und gerieten für längere Zeit in Vergessenheit. Etwa im 6. Jahrhundert verbreitete sich in Kleinasien eine Sekte des Christentums, die Nestorianerkirche. Ihre Anhänger sprachen Syrisch (siehe Aramäisch) und gründeten in Edessa eine Universität. Die Nestorianer übersetzten viele der philosophischen und medizinischen Schriften der Griechen ins Syrische. Diese sollten unter den Gelehrten Verbreitung finden.

Im 7. und 8. Jahrhundert hielt mit den maurischen Eroberern die arabische Kultur in weiten Gebieten Kleinasiens, Nordafrikas und Spaniens Einzug. Die Kalifen von Bagdad (siehe Kalifat) wurden großzügige Förderer von Wissenschaft und Lehre. Die syrischen Übersetzungen der griechischen Texte wurden abermals übertragen, diesmal ins Arabische. Zusammen mit der verbliebenen griechischen Lehre wurden die Ideen und die praktische Umsetzung der Alchimie zu neuer Blüte gebracht.

Durch Kontakte der arabischen Alchimisten zu China kam es zu einem Austausch der Ideen: über die vermeintlich heilende Wirkung des Goldes einerseits und die griechische Auffassung von Gold als vollendetem Metall andererseits. Man glaubte an die Kraft eines besonderen Mittels, des Steines der Weisen. Mit ihm erhoffte man, die Umwandlung zu erreichen. Die Suche nach dem Stein der Weisen rückte in den Mittelpunkt der Alchimie. Neben dem Wohlstand verhieß der Stein auch noch Gesundheit. Für die Alchimisten war das ein zusätzlicher Anreiz, chemische Prozesse zu untersuchen. Das Studium von Chemikalien und Geräten brachte beständigen Fortschritt. Reagenzien wie die Ätzalkalien (siehe Alkalimetalle) und Ammoniumsalze (siehe Ammoniak) wurden entdeckt, und die Destillationsapparatur wurde ständig weiterentwickelt. Bei einigen arabischen Rezepturen fand man Vorschriften, welche Mengen an Reagenzien eingesetzt werden sollten – eine frühe Erkenntnis, dass mehr quantitative Methoden notwendig waren. Berühmte Werke aus dieser Zeit schrieben z. B. Abu Musar Dschabir Ibn Hajjan (latinisiert: Geber), Al-Razi und Abu Ali Ibn Sina (latinisiert: Avicenna).

4.2

Das späte Mittelalter

Im 11. Jahrhundert begann in Westeuropa ein großer geistiger Aufschwung, der teilweise durch den kulturellen Austausch zwischen arabischen und westlichen Gelehrten in Sizilien und Spanien angeregt wurde. Übersetzerschulen entstanden. So verbreitete sich das griechische Wissen, vermittelt über die syrische und arabische Sprache. Am begehrtesten waren verständlicherweise die Abhandlungen über Alchimie.

Es gab zwei Arten von Schriften: Die einen waren rein praktischer Natur, die anderen versuchten, Theorien über Naturgesetze auf alchimistische Probleme zu beziehen. Zu den praktischen Themen gehörte die Destillation. Da die Glasherstellung (besonders in Venedig) inzwischen weiter fortgeschritten war, konnte man weitaus bessere Destillationsapparaturen als die Araber bauen und damit auch flüchtigere Destillationsprodukte erfassen. Auf diesem Wege wurden u. a. Alkohol und die Mineralsäuren Salpetersäure, Schwefelsäure und Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff) isoliert. Königswasser zählte ebenfalls zu den neuen Entdeckungen. Diese Mischung aus einem Teil Salpetersäure und drei Teilen Salzsäure vermochte sogar Gold, den König der Metalle, aufzulösen. Auch die Kunde von den Entwicklungen der Chinesen (Nitrate, Schießpulverherstellung) drang über arabische Gelehrte nach Europa. In China wurde Schießpulver u. a. für Feuerwerkskörper verwendet. Nach dem Bekanntwerden in Europa – u. a. durch einen gewissen Bertholdus Niger (Berthold der Schwarze) – dauerte es nicht lange, bis man dieses „Schwarzpulver” für Waffen einsetzte. Gegen Ende des 13. Jahrhunderts gab es in Europa beachtliche chemische Technologien.

Unter den alchimistischen Schriften, die aus Arabien kamen, befanden sich auch rein theoretische Manuskripte. Viele davon waren mystisch verklärt und trugen wenig zur Entwicklung der Chemie bei. Andere wiederum versuchten, die Transmutation vom physikalischen Standpunkt her zu erklären. Die Materietheorien der arabischen Gelehrten beruhten auf den Theorien des Aristoteles. Ihre Gedankengänge waren aber präziser, besonders ihre Vorstellungen bezüglich der Zusammensetzungen der Metalle. Sie glaubten, Metalle bestünden aus Schwefel und Quecksilber. Nicht die bekannten Stoffe, sondern das „Prinzip” des Quecksilbers war es, das den Metallen Fließvermögen verleiht. Das „Prinzip” des Schwefels verursacht die Brennbarkeit der Stoffe und die Korrosion der Metalle. Chemische Reaktionen erklärte man dahin gehend, dass sich die Anteile der Prinzipien bei Stoffumwandlungen verändern.

4.3

Die Renaissance

Im 14. und 15. Jahrhundert nahm der Einfluss von Aristoteles auf alle Sphären der Wissenschaft ab. Beim genauen Beobachten des Verhaltens der Materie entstanden Zweifel an den relativ einfachen Erklärungen von Aristoteles. Die Erfindung des Buchdruckes mit beweglichen Lettern um 1450 trug dann zur schnellen Verbreitung dieser Zweifel bei (siehe Drucktechniken). Nach 1500 erschienen weitere zahlreiche alchimistische Arbeiten und Abhandlungen über Technologie. Das Ergebnis dieses verbesserten Wissensstandes trat dann im 16. Jahrhundert zutage.

4.3.

1

Die Entwicklung quantitativer Methoden

Zu den einflussreichsten Büchern der damaligen Zeit gehörten praktische Werke über Bergbau und Metallurgie. In diesen Abhandlungen wurde den Prüfungen der Erze auf ihren verwertbaren Metallgehalt viel Platz eingeräumt. Für derartige Arbeiten brauchte man eine Laborwaage und quantitative Methoden (siehe chemische Analyse). In diesem Zusammenhang sei die Abhandlung De Re Metallica von Georgius Agricola genannt, das erst nach seinem Tod veröffentlicht wurde (1556) und fast 200 Jahre als Standardwerk galt.

Auch auf anderen Gebieten, besonders in der Medizin, wurde man sich der Notwendigkeit einer höheren Genauigkeit bewusst. Die Ärzte, von denen auch einige zu den Alchimisten gehörten, mussten die exakte Masse oder das Volumen der verordneten Medikamente kennen. Zur Bereitung von Arzneien griffen sie deshalb auf chemische Methoden zurück.

Die bekannten Methoden wurden von dem Schweizer Arzt Paracelsus zusammengefasst und wirksam weiterentwickelt. Paracelcus war in einer Bergbauregion aufgewachsen und mit den Eigenschaften der Metalle und ihrer Verbindungen vertraut. Er glaubte nicht an die Wirkung von Kräutermischungen, die von herkömmlichen Ärzten verschrieben wurden, sondern maß den chemischen Verbindungen eine höhere Bedeutung bei. Den größten Teil seines Lebens lag er in heftigem Streit mit den Medizinern seiner Zeit. Im Lauf der Zeit baute er die Iatrochemie auf (Verwendung chemisch hergestellter Arzneimittel). Diese Wissenschaft gilt als Vorläufer der Pharmakologie.

Paracelsus und seine Nachfolger entwickelten viele neue Verbindungen und chemische Reaktionen. Er modifizierte die alte Schwefel-Quecksilber-Theorie von der Zusammensetzung der Metalle, indem er noch eine dritte Komponente hinzufügte: Salz sollte der dritte Erdbestandteil aller Stoffe sein. Die Erklärung lautete: Verbrennt man Holz, so „ist das, was brennt, Schwefel; das, was verdampft, ist Quecksilber; und das, was zu Asche wird, ist Salz”. Nach der Schwefel-Quecksilber-Theorie waren beide nur Prinzipien und keine materiellen Substanzen. Seine Betonung auf brennbarem Schwefel beeinflusste die spätere Entwicklung der Chemie im positiven Sinne. Die nach Paracelsus lebenden Iatrochemiker modifizierten einige seiner radikalen Ideen und stellten seine und ihre eigenen Rezepturen für die Herstellung chemischer Medikamente zusammen. Am Ende des 16. Jahrhunderts veröffentlichte Andreas Libavius dann seine Alchemia, die das iatrochemische Wissen seiner Zeit zusammenfasste und als erstes Handbuch der Chemie bezeichnet wird.

In der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts untersuchten einige Männer chemische Reaktionen experimentell. Dies taten sie aber nicht, um sie nutzbringend für andere Gebiete einzusetzen, sondern nur zu ihrem eigenen Vorteil. Der Arzt Jan Baptista van Helmont – er verließ seine Praxis, um sich dem Studium der Chemie zu widmen – verwendete die Waage für ein überzeugendes Experiment: Er zeigte, dass eine bestimmte Menge Sand mit einem Überschuss an Alkali zu Wasserglas reagiert. Wenn man dieses Wasserglas dann mit Säure behandelte, bildete sich wiederum die Ausgangsmenge Sand (Siliciumdioxid). Er erkannte, dass bei chemischen Vorgängen die Stoffe scheinbar zerstört werden und doch jeder „an Substanz nichts verleuret”. Mit diesem Experiment legte er den Grundstein für das Gesetz der Massenerhaltung (siehe Erhaltungssätze). Bei Untersuchungen luftförmiger Stoffe prägte van Helmont die Bezeichnung Gas. Damit war die Existenz einer neuen Stoffklasse mit eigenständigen physikalischen Eigenschaften nachgewiesen.

4.3.

2

Wiederbelebung der Atomtheorie

Im 17. Jahrhundert hatten die Experimentatoren herausgefunden, wie man ein Vakuum erzeugt – nach der aristotelischen Theorie sollte es gar kein Vakuum geben. Die noch ältere Theorie von Demokrit stand wieder im Mittelpunkt des Interesses. Demokrit nahm an, dass sich Atome in einem leeren Raum bewegten. Der französische Philosoph und Mathematiker René Descartes und seine Anhänger entwickelten eine mechanistische Sicht der Materie: Allein aus Größe, Gestalt und Bewegung winziger Teilchen könnte man alle beobachtbaren Erscheinungen erklären. Die Mehrheit der Naturphilosophen und Iatrochemiker dieser Epoche vertrat die Ansicht, dass Gase keine chemischen Eigenschaften besäßen und lenkten ihre Aufmerksamkeit folglich auf das physikalische Verhalten von Gasen. Es entstand eine kinetische Molekültheorie der Gase. Die Experimente des englischen Physikers und Chemikers Robert Boyle waren in dieser Hinsicht besonders bemerkenswert. Seine Studien des „spring of the air” (Elastizität) wurden Teil des Boyle-Mariotte’schen Gesetzes. Es verallgemeinert die umgekehrte Beziehung zwischen Druck und Volumen in Gasen – das Produkt aus Druck und Volumen ist bei gleich bleibender Temperatur konstant.