Lavoisier: Der Vater der modernen Chemie, der seinen Kopf verlor

Am 8. Mai 1794 wurde Antoine Laurent de Lavoisier in Paris durch die Guillotine hingerichtet. Er war fünfzig Jahre alt, weithin als der größte Chemiker Frankreichs anerkannt und wohl die bedeutendste Figur in der Geschichte der Chemie. Das Revolutionstribunal, das ihn verurteilte, soll erklärt haben: „Die Republik braucht keine Wissenschaftler.“ Ob diese Worte genau so fielen oder nicht, die Gesinnung war real. Einer der brillantesten Köpfe des 18. Jahrhunderts wurde vernichtet, weil er auch Steuerpächter gewesen war.

Der Mathematiker Joseph-Louis Lagrange sagte am nächsten Tag: „Sie brauchten nur einen Augenblick, um diesen Kopf abzuschlagen, und hundert Jahre werden vielleicht keinen gleichen hervorbringen.“ Er übertrieb nicht. Lavoisier hatte die Chemie von einer Kunst in eine Wissenschaft verwandelt. Er hatte die Phlogistontheorie gestürzt, die Rolle des Sauerstoffs bei Verbrennung und Atmung identifiziert, das moderne System der chemischen Nomenklatur mitgeschaffen und das erste moderne Chemielehrbuch verfasst. Seine Hinrichtung war eine der großen Tragödien der Französischen Revolution und einer der großen Verluste in der Wissenschaftsgeschichte.

Vor Lavoisier: Die Welt des Phlogistons

Um zu verstehen, was Lavoisier leistete, muss man wissen, wie die Chemie vor ihm aussah. Mitte des 18. Jahrhunderts war die vorherrschende Verbrennungstheorie die Phlogistontheorie, die der deutsche Chemiker Georg Ernst Stahl um 1700 vorgeschlagen hatte. Demnach enthalten alle brennbaren Materialien eine Substanz namens Phlogiston. Wenn etwas brennt, gibt es Phlogiston an die Luft ab. Wenn ein Metall rostet (oder „verkalkt“), gibt es ebenfalls Phlogiston ab und hinterlässt einen Kalk (was wir heute Oxid nennen).

Die Phlogistontheorie war elegant und weithin akzeptiert. Sie erklärte, warum Dinge brennen, warum Metalle rosten und warum Luft für die Verbrennung notwendig ist (die Luft absorbiert das freigesetzte Phlogiston). Doch sie hatte ein fatales Problem: Wenn Metalle verkalken, wiegt der resultierende Kalk mehr als das ursprüngliche Metall. Wenn Phlogiston freigesetzt wird, sollte das Produkt weniger wiegen, nicht mehr. Verteidiger der Theorie schlugen vor, Phlogiston habe negatives Gewicht, ein Vorschlag, der selbst manchen Zeitgenossen absurd erschien.

Lavoisier durchschaute die Verwirrung. Seine große Leistung war es, die Phlogistontheorie durch ein neues System zu ersetzen, das auf präziser Messung, rigorosem Experiment und dem Prinzip beruhte, dass Materie weder geschaffen noch vernichtet wird.

Die Sauerstoffrevolution

1774 besuchte der englische Chemiker Joseph Priestley Paris und erzählte Lavoisier von einem Gas, das er durch Erhitzen von Quecksilberkalk (Quecksilberoxid) isoliert hatte. Dieses Gas unterstützte die Verbrennung kräftig und hielt eine Maus länger am Leben als gewöhnliche Luft. Priestley nannte es „dephlogistisierte Luft“ und interpretierte es innerhalb des Phlogistonrahmens.

Lavoisier wiederholte Priestleys Experimente mit charakteristischer Präzision und gelangte zu einem völlig anderen Schluss. Das Gas war nicht Luft minus Phlogiston. Es war ein eigenständiges Element, ein Bestandteil gewöhnlicher Luft, der sich bei Verbrennung und Atmung mit Stoffen verbindet. Er nannte es oxygène (vom Griechischen für „Säurebildner“, weil er fälschlicherweise glaubte, alle Säuren enthielten dieses Element).

Mit dieser Einsicht fügte sich alles zusammen. Verbrennung ist nicht die Freisetzung von Phlogiston; sie ist die Verbindung eines Stoffs mit Sauerstoff. Rosten ist derselbe Prozess, nur langsamer. Atmung ist eine Form langsamer Verbrennung in der Lunge. Die Gewichtszunahme bei der Verkalkung erklärt sich durch die Anlagerung von Sauerstoffatomen an das Metall. Keine mysteriöse Substanz mit negativem Gewicht wird benötigt.

Lavoisier veröffentlichte seine neue Theorie in einer Reihe von Arbeiten und in seinem Hauptwerk, dem Traité Élémentaire de Chimie (Elementare Abhandlung über Chemie, 1789). Das Buch gilt als erstes modernes Chemielehrbuch. Es stellte die Chemie als systematische Wissenschaft auf Grundlage quantitativer Messung dar, definierte das Konzept eines chemischen Elements als Substanz, die nicht weiter zerlegt werden kann, und listete 33 damals bekannte Elemente auf (darunter Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel und mehrere Metalle).

Das Gesetz der Massenerhaltung

Lavoisiers fundamentalster Beitrag war das Prinzip, das zum Gesetz der Massenerhaltung werden sollte: Bei jeder chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich der Gesamtmasse der Produkte. Nichts wird erschaffen. Nichts wird vernichtet. Materie ändert ihre Form, nicht ihre Menge.

Dieses Prinzip, das Lavoisier durch mühsame Messungen mit Präzisionswaagen etablierte, verwandelte die Chemie von einer qualitativen Kunst in eine quantitative Wissenschaft. Vor Lavoisier beschrieben Chemiker Reaktionen in vagen Begriffen. Nach Lavoisier musste jede Reaktion bilanziert werden: Die eingehende Masse muss der ausgehenden Masse entsprechen. Diese Anforderung zwang Chemiker zur Genauigkeit, zur sorgfältigen Messung und zur Erfassung jeder an einer Reaktion beteiligten Substanz. Es ist das Fundament, auf dem die gesamte moderne Chemie ruht.

Die neue chemische Sprache

Lavoisier verstand, dass klares Denken eine klare Sprache erfordert. Zusammen mit seinen Kollegen Claude Louis Berthollet, Antoine François de Fourcroy und Louis Bernard Guyton de Morveau schuf er ein neues System chemischer Nomenklatur, das die chaotischen mittelalterlichen Namen durch systematische Begriffe ersetzte, die auf der Zusammensetzung basierten.

„Algaroth-Pulver“ wurde zu Antimonoxychlorid. „Arsenbutter“ wurde zu Arsentrichlorid. „Vitriolöl“ wurde zu Schwefelsäure. Die neuen Namen verrieten, woraus ein Stoff besteht. Das war nicht bloß eine kosmetische Änderung. Indem chemische Information in die Namen selbst eingebettet wurde, erleichterte Lavoisier das systematische Nachdenken über Reaktionen, Zusammensetzungen und Beziehungen zwischen Stoffen.

Das Nomenklatursystem von 1787, verfeinert und erweitert, bildet noch heute die Grundlage der chemischen Benennung. Jeder Chemiestudent, der lernt, dass Wasser H2O ist oder Kochsalz Natriumchlorid, verwendet einen Nachfolger von Lavoisiers System.

Marie-Anne Paulze: Die Ehefrau, die auch Mitarbeiterin war

Lavoisiers Ehefrau Marie-Anne Paulze war weit mehr als eine häusliche Begleiterin. Sie war seine Laborassistentin, seine Übersetzerin, seine Illustratorin und seine intellektuelle Partnerin. Sie übersetzte wissenschaftliche Aufsätze aus dem Englischen (eine Sprache, die Lavoisier nicht gut las), darunter die Werke von Priestley und Henry Cavendish. Sie zeichnete die detaillierten Illustrationen für den Traité Élémentaire. Sie führte akribische Labornotizen. Und sie organisierte die wissenschaftlichen Salons, in denen Lavoisier seine Ideen mit anderen Wissenschaftlern debattierte.

Nach Lavoisiers Hinrichtung arbeitete Marie-Anne daran, sein Vermächtnis zu bewahren. Sie veröffentlichte seine verbliebenen Manuskripte, ordnete seine Papiere und sorgte dafür, dass seine Beiträge nicht vergessen wurden. Ohne sie wäre ein Großteil von Lavoisiers unveröffentlichtem Werk möglicherweise verloren gegangen.

Der Steuerpächter und die Guillotine

Lavoisiers Untergang hatte nichts mit Chemie zu tun. Vor der Revolution war er Mitglied der Ferme générale, eines privaten Konsortiums, das im Auftrag der französischen Krone Steuern eintrieb. Die Steuerpächter waren wegen ihres Reichtums und ihrer Verbindung zum alten Regime weithin verhasst. Als die Revolution sich radikalisierte, wurden die ehemaligen Steuerpächter verhaftet, vor Gericht gestellt und als Feinde des Volkes verurteilt.

Lavoisiers wissenschaftlicher Ruf bot keinen Schutz. Seine Kollegen petitionierten für seine Freilassung und argumentierten, seine Beiträge zur Wissenschaft seien von unschätzbarem Wert. Die Berufung wurde abgelehnt. Am 8. Mai 1794 wurde Lavoisier zusammen mit 27 anderen ehemaligen Steuerpächtern guillotiniert. Er wurde in einem anonymen Grab beigesetzt.

Achtzehn Monate später erkannte die französische Regierung offiziell an, dass die Anklagen gegen ihn fabriziert worden waren. Ein Freispruchsbrief wurde an seine Witwe gesandt. Er kam, wie man sich denken kann, zu spät.

• Identifizierte die Rolle des Sauerstoffs bei Verbrennung und Atmung
• Benannte Wasserstoff und Sauerstoff
• Begründete das Gesetz der Massenerhaltung
• Verfasste das erste moderne Chemielehrbuch (1789)
• Schuf die systematische chemische Nomenklatur, die noch heute verwendet wird
• Listete 33 chemische Elemente auf und ersetzte die vier klassischen „Elemente“

Lavoisiers Platz in der Wissenschaftsgeschichte

Lavoisier steht an der Grenze zwischen der alten und der neuen Welt, nicht nur in der Politik, sondern auch in der Wissenschaft. Vor ihm war die Chemie eine Sammlung von Rezepten und Theorien, zusammengehalten durch Tradition. Nach ihm war sie eine rigorose, quantitative Disziplin mit eigener Sprache, eigenen Gesetzen und eigenen Beweismaßstäben. Die Transformation war so vollständig wie jene, die Newton in der Physik oder Darwin in der Biologie bewirkte.

Die umfassendere Geschichte, wie einzelne Menschen unser Verständnis der Natur transformierten, wird in Kronecker Wallis‘ Portraying Science (englische Ausgabe) Sammlung wunderschön dokumentiert, die vier Jahrhunderte wissenschaftlicher Porträts präsentiert. Lavoisier selbst erscheint in einem der berühmtesten wissenschaftlichen Porträts, die je gemalt wurden: Jacques-Louis Davids Doppelporträt von Antoine und Marie-Anne Lavoisier, heute im Metropolitan Museum of Art.

Für alle, die sich für die mathematischen und physikalischen Grundlagen interessieren, auf denen Lavoisiers Chemie aufbaute: Newtons Principia (englische Ausgabe) begründeten die Bewegungs- und Gravitationsgesetze, die die wissenschaftliche Revolution definierten, die Lavoisier in der Chemie vollendete. Und die Tradition präziser, quantitativer Messung, die Lavoisier verfocht, findet ihren reinsten mathematischen Ausdruck in Euklids Elementen (englische Ausgabe), dem Buch, das Wissenschaftler lehrte, was Strenge bedeutet.

Marie Curies Doktorarbeit (englische Ausgabe) über Radioaktivität stellt die nächste große Revolution in unserem Verständnis der Materie nach Lavoisier dar. Wo Lavoisier bewies, dass Elemente in chemischen Reaktionen erhalten bleiben, zeigte Curie, dass Atome sich selbst umwandeln können, wobei sie Energie und Teilchen freisetzen. Ihre Arbeit öffnete die Tür zur Kernphysik und schrieb die Regeln um, die Lavoisier aufgestellt hatte.

Die Republik brauchte doch Wissenschaftler

Das Revolutionstribunal lag falsch. Die Republik brauchte Wissenschaftler, und sie brauchte Lavoisier mehr als die meisten. In den Jahren nach seinem Tod blühte die französische Chemie auf den Fundamenten, die er gelegt hatte. Seine Schüler und Kollegen erweiterten seine Methoden auf neue Elemente, neue Reaktionen und neue industrielle Anwendungen. Die chemische Revolution, die er angestoßen hatte, transformierte Medizin, Landwirtschaft, Industrie und Kriegsführung.

Lavoisier erlebte nichts davon. Er wurde mit fünfzig getötet, mit Jahrzehnten produktiver Arbeit vor sich, von einer Revolution, die nicht zwischen einem korrupten Steuersystem und dem Mann unterscheiden konnte, der darin arbeitete. Seine Geschichte erinnert daran, dass wissenschaftliches Genie nicht vor politischer Gewalt schützt und dass der Verlust eines einzigen Geistes das menschliche Wissen um eine Generation zurückwerfen kann. Der Kopf, der am 8. Mai 1794 fiel, enthielt Ideen, auf denen die Welt noch heute aufbaut.