Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 17.05.11

horizontal rule

Thema

horizontal rule

Vortrag von Monique Meißner im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 01/02

horizontal rule

Gliederung:

1 Einleitung
2 Die zwei Aspekte der Alchemie
   2.1 Der naturwissenschaftliche Aspekt
      2.1.1 Die aristotelische Materietheorie
      2.1.2 Der Stein der Weisen
      2.1.3 Die Schwefel-Quecksilber-Theorie
      2.1.4 Die Phlogistontheorie
   2.2 Der spirituelle Aspekt
      2.2.1 Quintessenz
      2.2.2 Sie Makrokosmus-Mikrokosmus-Idee
      2.2.3 Die Gnosis

3 Untergang der Alchemie und Entstehung der Chemie

4 Errungenschaften der Alchemisten
   4.1 Entdeckung zahlreicher Substanzen
   4.2 Entwicklung von Gerätschaften

5 Schlussgedanke

6 Literatur

horizontal rule

1.Einleitung

Abb. 1: Die Irrtümer der Alchemisten. Holzschnitt aus Sebastian Brants „Narrenschiff“ (Basel 1494). [4]

Heutzutage ist die am meisten verbreitete Meinung der meisten Menschen wohl die, dass die Alchemisten ein Narrenvolk waren, das aus allem und jedem verzweifelt Gold herstellen wollte. In diesem Referat sollen die Ideen und Errungenschaften dieser eher verpönten Gruppe dargestellt werden und ein anderes Bild von diesen vermitteln.

horizontal rule

2. Die zwei Aspekte der Alchemie

2.1 Der naturwissenschaftliche Aspekt

2.1.1 Die aristotelische Materietheorie

Aristoteles lebte von 384 bis 322 v. Chr. in Athen. Er war der Begründer der Vierelementen-Lehre. Alle Alchemisten unabhängig davon, wie sie sich die Struktur der Materie im Einzelnen vorstellten, waren Anhänger dieser Lehre bis in das 17. Jh.

                         Abb. 2: Die Vier-Elementen-Theorie [7]

Alle sinnlich wahrnehmbaren Dinge bestünden demnach aus einer eigenschaftslosen Materie, der Urmaterie bestehend aus vier Elementen mit spezifischen Eigenschaften, nämlich Feuer (warm - trocken), Luft (warm -feucht), Erde (kalt - trocken) und Wasser (kalt - feucht). Dies waren hypothetische Stoffe, die nicht weiter in andere Stoffe zerlegbar oder ineinander umwandelbar seien. Jeder Körper bestünde demnach aus allen vier Elementen in wechselnden Mischungsverhältnissen. Weiterhin war die Metalltransmutation eine wichtige Theorie der Alchemisten. Sämtliche Metalle sollten ineinander umgewandelt werden können. Hierbei sollten die Ausgangsstoffe auf die Urmaterie zurückgeführt  und diese dann in Edelmetalle oder den Stein der Weisen überführt werden.

2.1.2 Der Stein der Weisen

Eine Substanz, mit deren Hilfe die Metallumwandlung am einfachsten, schnellsten und mit der besten Ausbeute durchgeführt werden konnte. Obwohl die Mehrzahl der alchemistischen Schriften von diesem handelt, war seine Bereitung naturgemäß das am besten gehütete Geheimnis der Alchemisten. Die Fähigkeit zu seiner Darstellung wurde allgemein als göttlicher Gnadenakt angesehen – selbst wenn jemand im Besitz einer funktionierenden Vorschrift sein sollte, würde diese ohne göttliche Mitwirkung nutzlos sein. Dessen ungeachtet waren die Alchemisten seit den Anfängen ihrer Wissenschaft durch einen selbst auferlegten Moralkodex verpflichtet, ihr Wissen geheim zu halten oder nur in verschlüsselter Form bekannt zu machen. Trotz der dadurch bedingten Geheimniskrämerei herrschte im 17. Jh. weitgehend Einigkeit hinsichtlich dessen physikalischer Eigenschaften. Er wurde allgemein als roter, fester, schmelzbarer, doch feuerbeständiger, nicht verdampfbarer, kompakter Körper bzw. ein ebensolches Pulver von sehr hoher Dichte beschrieben. Eine kleine Portion dieses Körpers wurde auf eine größere Menge geschmolzenen unedlen Metalls oder siedenden Quecksilbers geworfen und der Schmelztiegel wieder verschlossen. Innerhalb weniger Minuten erfolgte die Umwandlung des Tiegelinhaltes in Gold. Weiterhin war der Stein der Weisen ein Symbol für die Läuterung der Seele.

2.1.3 Die Schwefel-Quecksilber-Theorie

Sie ist im 9. Jahrhundert begründet.

                                                                

Abb. 3: Die Schwefel-Quecksilber-Theorie [7]

Die Metalle sind hierbei primär aus den vier Elementen aufgebaut. Sekundär sollten die Elemente aber zu den beiden hypothetischen Substanzen "Schwefel" und "Quecksilber" zusammentreten und diese beiden sollten durch Vereinigung miteinander tertiär die Metalle bilden. Quecksilber sollte demnach eine amalgamierende Eigenschaft haben, die den metallischen Charakter widerspiegeln sollte. Da beim Erhitzen schwefelreicher Erze im Schmelzofen bei geringer Luftzufuhr Schwefel ausgeschieden wurde, sollte dieser in allen Elementen ebenso vorkommen. Schwefel sollte für die Farbe des Metalls ausschlaggebend   sein. Paracelsus (1493 - 1541) fügte zu dieser Theorie ein weiteres Prinzip dazu, das Salz. Dieses dritte Prinzip besagte, dass alle Stoffe, nicht nur Metalle, über die Schwefel-Quecksilber-Theorie hergeleitet werden konnten. Zu den beiden Elementen wurde Salz hinzugefügt. Damit bestünden alle Stoffe aus Quecksilber, Schwefel und Salz. Paracelsus wollte die Technologie der Mineralsäuren in sein Zusammensetzungssystem einbauen, welche vielfach mit den flüchtigen Produkten verschiedener Salze in Verbindung gebracht wurde. Diese war seit dem 14. Jahrhundert bekannt. Teilweise spielten auch theologische Überlegungen eine Rolle, da er den göttlichen Schöpfungsakt selbst als notwendigerweise einer Dreifaltigkeit (Vater, Sohn, und Heiliger Geist) entstammend ansah, weshalb auch der Kosmos dieser Dreifaltigkeit entsprechen müsse.

2.1.4 Die Phlogistontheorie

Diese wurde von dem deutschen Arzt und Chemiker Georg Ernst Stahl (1660 - 1734) 1697 entwickelt. Hiernach sei in allen brennbaren Körpern Phlogiston (gr. phlox, die Flamme). Beim Verbrennen bzw. beim Verkalken (oxidieren) entweiche dieses als gasförmiges Etwas. Phlogiston war ein hypothetischer Stoff, mit dem man operieren konnte, ohne ihn nachweisen zu müssen. Diese Theorie wurde auf alle in der Natur vorkommenden Verbrennungserscheinungen angewandt und beherrschte fast ein Jahrhundert lang das Denken der Chemiker. Ein Stoff verbrenne um so leichter, je mehr Phlogiston er enthalte. Sehr phlogistonreiche Stoffe seien Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Wasserstoff. Später kamen Zusatzhypothesen dazu, wonach Sauerstoff als dephlogistisierte, d.h. von Phlogiston befreite Luft, welche ein Bestreben habe, anderen Stoffen ihr Phlogiston zu entziehen. Phlogiston hatte also ein "negatives Gewicht". Ein wahrer Kern war allerdings an dieser Theorie. In heutiger Ausdrucksweise könnte man die freiwerdende Energie dem Phlogiston gleichsetzen. Die Phlogistontheorie unterschied bei der Verbrennung nicht klar zwischen den energetischen und den stofflichen Umsetzungen. Da die Alchemisten jedoch Phlogiston als einen Stoff  betrachteten, verstrickten sie sich damit in unauflösbare Widersprüche.

2.2 Der spirituelle Aspekt

2.2.1 Die Quintessenz

Aristoteles stellte den vier Elementen ein fünftes, himmlisches an die Seite. Dieses Konzept leitete er aus seiner Bewegungslehre ab: Der linearen Bewegung der irdischen Stoffe, die den Gesetzen des Werdens und Vergehens durch stofflichen Austausch gehorchten, stand die beständig kreisförmige der Himmelskörper, deren Sphäre daher eine grundsätzlich andere, göttliche, Beschaffenheit haben musste, gegenüber. Quintessenz als innerster Wesenskern aller Stoffe, dem eine konservierende oder heilende Kraft eigen war.

Quintessenzen wurden durch Extraktion, d.h. durch Abtrennen aller unwirksamen bzw. verunreinigten Bestandteile, erhalten.

Diese waren stoffliche Essenzen, welche die einem Körper eigenen wirksamen Kräfte bzw. Qualitäten in sich vereinten.

2.2.2 Die Makrokosmus-Mikrokosmus-Idee

Alles, was sich am Himmel (Makrokosmus) abspielt, hat seine Entsprechung und Auswirkung auch auf der Erde (Mikrokosmus). Bereits in der babylonischen Astrologie wurden die Planeten mit bestimmten Metallen verknüpft (z.B. Mond – Silber, Sonne – Gold). Die Konstellation der Planeten war wichtig für das Gelingen chemischer Reaktionen.

Abb. 4: Titelbild von Michael Maiers „Viatorium“ (Ausgabe von 1651)

Das "Viatorium" befasst sich mit den Erzen, Planeten und Metallen. Oben in der Mitte von Abb. 4 ist der Autor abgebildet, außerdem Allegorien der sieben Planeten bzw. Metalle: Links oben Quecksilber (Merkur), rechts oben Gold (Sonne), Mitte links Blei (Saturn), daneben Silber (Mond), unten links Zinn (Jupiter), dann Kupfer (Venus) und Eisen (Mars). [4]

2.2.3 Die Gnosis

Die Gnosis beschreibt den Dualismus von Gott und Materie. Die Alchemie wird demnach von Menschen betrieben, die danach streben zu reinigen und zu erlösen, entweder sich selbst oder die Materie. Sie wollen dabei eine reine Seele erhalten durch verschiedene Reinigungsstufen eines Erlösungswerkes und somit zu Gott gelangen.

horizontal rule

3. Untergang der Alchemie und Entstehung der Chemie

In der Renaissance begannen die Versuche zur Erneuerung der Chemie. Man wollte sie nach und nach von allem befreien, was sich nicht mit einer rationalen Haltung vereinbaren ließ. Die Goldmacherei und die mit ihr verbundene Mystik, Astrologie, der Glaube an Geister und magische Mittel waren mit einer auf Erfahrung und Vernunft gegründeten Chemie unvereinbar. Immer mehr Chemiker wandten sich von der Alchemie ab, trennten die Chemie von ihr und bekämpften sie schließlich. Die Chemiker erhoben das Experiment und die Kritik des Verstandes, die Vernunft, zum obersten Richter über die Wahrheit einer Theorie.

Auch die chemisch-gewerbliche Tätigkeit wurde zum Gegenstand wissenschaftlichen Forschens. Die Chemiker kamen zu der Annahme, dass die Alchemisten genauere Ausscheidungen für eine Verwandlung hielten, wobei sie doch nur aus den Erzen oder Legierungen herausholten, was vorher schon in ihnen enthalten war. Die Vernunft ist das Natürliche und die Natur das Vernünftige. Alchemisten vergeudeten damit Mittel für fragwürdige Ziele. Die Unternehmer erkannten immer mehr die Notwendigkeit, die Chemie in der Produktion anzuwenden.

Das Ende der Alchemie kam im 18. Jh. Eine wichtige Rolle hierbei spielte Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794). Er ließ die Beobachtung keine Ruhe, dass beim Verbrennen von Phosphor und Schwefel ebenso wie beim Verkalken (Oxydieren) der Metalle eine Erhöhung des Gewichts eintrat. Daraus wagte er die Generalisierung, dass bei allen Verbrennungen Gewichtserhöhungen einträten. Er isolierte den Sauerstoff vom Quecksilberkalk (HgO) und vereinigte Sauerstoff und Quecksilber wiederum zum Quecksilberkalk. Die beteiligten Stoffe waren dabei ohne Gewichtsveränderung geblieben. Damit hatte er den Verbrennungsprozess qualitativ und quantitativ dargestellt

horizontal rule

4. Errungenschaften der Alchemisten

4.1 Entdeckung zahlreicher Substanzen

Altertum: C, S, Cu, Ag, Fe, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi, Pt

13. Jahrhundert: As, Zn

17. Jahrhundert: P

18. Jahrhundert: Co, Ni, Mg, H, N, O, Cl, Mn, Cr, Mo, Te, W, Zr, U, Ti, Y, Be

19. Jahrhundert: V, Nb, Ta, Rh, Pd, Os, Ir, Ce, K, Na, B, Ca, Sr, Ru, Ba, I, Th, Li, Se, Cd, Si, Al, Br, La, Er, Tb, Cs, Rb, Tl, In, Ga, Ho, Yb, Sc, Sm, Tm, Gd, Pr, Nd, Ge, F, Dy, Ar, He, Kr, Ne, Xe, Po, Ra, Ac

20. Jahrhundert: Rn, Eu, Lu, Pa, Hf, Re, Tc, Fr, Np, At, Pu, Am, Cm, Pm, Be, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr

Abb. 5: Die Entdeckung der Elemente [2]

Von Hennig Brand zwischen 1669 und 1675 entdeckt. Brand dampfte auf der Suche nach dem Stein der Weisen zur Umwandlung von Silber in Gold u.a.  „goldgelben“ Harn zur Trockne ein und glühte den Rückstand unter Luftabschluss. Dabei erhielt er ein im Dunkeln leuchtendes Produkt, weil das im Harn vorkommende Phosphorsalz NaNH4HPO4 beim Glühen von dem    durch Verkohlung organischer Substanzen entstandenen Kohlenstoff zu  weißem Phosphor P4 reduziert wurde. Durch Destillation des Abdampfrückstandes von faulem Urin bei extrem hohen Temperaturen gelangte er entweder 1669 oder in der Folgejahren zu einer im       Dunkeln leuchtenden, äußerst entzündlichen Substanz, die er selbst „kaltes Feuer“ nannte.

(Probe von Mitscherlich: Wegen der hohen Giftigkeit von P4 ist der Nachweis von weißem Phosphor in der gerichtlichen Chemie von Bedeutung. Es erfolgte zweckmäßig so, dass man den Mageninhalt in einem mit einem Liebig-Kühler versehenen Kolben mit Wasser erhitzt. Eventuell vorhandener weißer Phosphor verflüchtigt sich dann mit dem Wasserdampf und kommt im Kühlrohr an der Stelle, an der sich der Wasserdampf kondensiert, mit der am anderen Ende des Kühlrohres eindringenden Luft in Berührung. Im Dunkeln beobachtet man daher an dieser Stelle einen leuchtenden Ring.)

4.2 Entwicklung von Gerätschaften und deren heutige Entsprechung

Abb. 6: Anonyme Miniatur aus einer illuminierten Sammelhandschrift, Nürnberg 1577/83, dem Janus Lacinius zugeschrieben. [4]

Abb. 7: Fotografie eines heutigen Chemielabors

Abb. 6 zeigt einen Alchemisten im Laboratorium. Im Vergleich dazu steht Abb. 7. Statt einer Retorte wie bei den Alchemisten für jegliche Reaktionen wird heute ein Reaktionskolben oder diverse andere Gefäße verwendet (1 und 4). Aufbewahrungsgefäße für verschiedene Substanzen stellten verschließbare Retorten dar in verschiedenen Größen. Auch heutige Behältnisse sind größtenteils noch aus Glas (2 und 3). Der Alchemist sitzt vor einem Destillierofen, einem „Faulen Heinz“, der heute alleinig durch eine Heizplatte (5) ersetzt werden kann.. Die Holzkohle wurde in den mit einem runden Deckel verschlossenen Mittelschacht gefüllt und sank langsam nach unten, so dass der Ofen längere Zeit ohne Nachfüllung betrieben werden konnte.

Auch andere Gerätschaften, die heute nicht mehr annähernd werden, wurden entwickelt. Im Folgenden sind einige aufgeführt:

Die Kupelle oder Kapelle, ein kleines aus Knochenasche gepresstes poröses Schälchen, in dem gold- oder silberhaltige Proben mit Blei unter Luftzutritt geschmolzen wurden, wobei das gebildete Bleioxid von den Gefäßwänden aufgenommen wird und ein Edelmetallkorn zurückbleibt

Der Alembik / Helm in Verbindung mit der Destillierblase / Kolben zur Destillation; später zwischen dem 14. und 17. Jh. zu einem Stück verschmolzen, einer Retorte. Diese besteht aus Glas oft mit verschließbarer Öffnung (Tubulus). Für hohe Temperaturen oder lange dauernde Operationen wurde diese aus Ton oder Eisen von teilweise beachtlicher Größe gefertigt.

Die Kerotakis, eine flache drei- oder viereckige platte, zum Schmelzen oder Rösten von Metallen.

Weiterhin das Kühlfass, durch das der als gewundenes Rohr geformte und entsprechend verlängerte Vorstoß geführt wurde.

Der Mohrenkopf zur Kühlung der Alembik.

Abb. 8: Destillieranlage mit wassergekühltem Helm, dem „Mohrenkopf“. (Anonymer Kupferstich, 1625) [4]

horizontal rule

5. Schlussgedanke

Schlusszitat  von Justus von Liebig (1803 – 1873) bezogen auf Abb. 1:

„Die Unkenntnis der Chemie und ihrer Geschichte ist der Grund der sehr lächerlichen Selbstüberschätzung, mit welcher Viele auf das Zeitalter der Alchemie zurückblicken, wie wenn es möglich gewesen wäre, dass über tausend Jahre lang die kenntnisreichsten und schafsinnigsten Männer eine Ansicht für wahr hätten halten können, der aller Boden gefehlt und welcher keine Wurzel gehabt hätte.“ [2]

horizontal rule

6. Literatur

  1. Holleman / Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. Aufl., Walter de Gryter Verlag, Berlin - New York, 1995.

  2. Strube, Wilhelm: Der historische Weg der Chemie, 1. Aufl., Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Köln, 1989.

  3. Strubel / Stolz / Remane: Geschichte der Chemie, 1. Aufl., VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1986.

  4. Priesner / Figala: Alchemie, 1. Aufl., Verlag C.H. Beck, München, 1998.

  5. Römpp: Lexikon Chemie, 10. Aufl., Georg Thieme Verlag, 1997.

  6. Figala, K. / Neumann, U.: ChiuZ, 25, 1991, 143.

  7. Weyer, I.: ChiuZ, 23, 1989, 16.

  8. Karpenko, V.: ChemEd, 72, 1995, 383.

horizontal rule

Didaktik der Chemie

top

Universität Bayreuth

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de

horizontal rule