CHEMIENOBELPREIS 1926: THEODOR SVEDBERG

Chemienobelpreis 1926: Theodor Svedberg

 

Der schwedische Wissenschaftler wurde »für seine Arbeiten über disperse Systeme« mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

 

 Biografie

 

Theodor Svedberg, * Valbo (Schweden) 30. 8. 1884, ✝ Kopparberg (Schweden) 26. 2. 1971; ab 1904 Studium an der Universität in Uppsala (Schweden), 1908 Promotion, 1912-49 Professor in Uppsala; entwickelte die Ultrazentrifuge und elektrophoretische Methoden, entdeckte 1929 das Hämocyanin.

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Theodor Svedberg hat mit der Erfindung der Ultrazentrifuge die Kolloidforschung in vielen Bereichen der Chemie und Biologie bis heute maßgeblich beeinflusst.

 

Regellose Zitterbewegungen hatte der schottische Arzt und Botaniker Robert Brown 1827 beim Studium gelöster, mikroskopisch kleiner Teilchen und bei Pollen in Gasen und Flüssigkeiten beobachtet.Die Entwicklung des Ultramikroskops durch den österreichischen Chemiker Richard Zsigmondy (Nobelpreis 1925) und den Physiker Henry Siedentopf 1903 erlaubte es, solche Bewegungen auch bei den viel kleineren kolloidalen Teilchen sichtbar zu machen. Albert Einstein (Nobelpreis für Physik 1921) hatte 1905 das Zittern als Stöße der Wassermoleküle auf die Teilchen gedeutet. Die Preisträger von 1926, Jean Perrin für Physik und Svedberg, haben diese Theorie experimentell ausgearbeitet.

 

In der ersten Dekade des 20. Jahrhunderts war die Existenz der Atome und Moleküle noch nicht bewiesen. Das Nobelkomitee erwähnt eine »einflussreiche Schule« von Wissenschaftlern, die diese Vorstellung als »irreale Fiktion« abgetan und auf einer rein energetischen Erklärung gepocht hätten. Die Vertreter der Quantentheorie, zu denen auch Svedberg zählte, beharrten jedoch auf der Vorstellung der diskreten Natur der Materie. Svedberg machte seinen Standpunkt 1912 mit seinem Buch »Die Existenz der Moleküle« deutlich. In diesem klassischen Werk beschrieb er neue Methoden zur Herstellung kolloidaler Partikel und führte überzeugende Anhaltspunkte für die Richtigkeit der Thesen von Einstein und Smoluchowski über die Brown'sche Molekularbewegung an.

 

 Existieren Moleküle wirklich?

 

Existierten Moleküle, mussten sie eine definierbare Masse besitzen. Bis zu Svedbergs Arbeiten war es nur möglich, die Dimensionen grob zu berechnen. Doch die Zeit schien reif für einen wesentlichen Erkenntnisschritt. Die Gruppe um Svedberg wandte die kinetische Theorie der Gase und Flüssigkeiten auf die Kolloide an. Es wurde angenommen, dass der Mittelwert des Bewegungsmoments der kolloidalen Teilchen bei jeder Temperatur eine definierte Magnitude aufweist, aber die Geschwindigkeit der individuellen Teilchen stark schwankt. In einem kleinen Volumenausschnitt kann, nach genauen Berechnungen Smoluchowskis, die Zahl der gleichzeitig anwesenden Teilchen sehr stark schwanken.

 

Svedberg konnte die Schlussfolgerung bestätigen, dass abgegrenzte Systeme innerhalb eines größeren Volumens aus wenigen Molekülen, aus einer schwankenden Teilchenzahl besteht. Er erzielte seine Ergebnisse teilweise durch Auszählen der Partikel. In anderen Versuchen setzte er radioaktives Poloniumchlorid ein und registrierte die Lichtblitze in einem Szintillationszähler aus Zinksulfid. 1924 gelang Svedberg, das Molekulargewicht des Caseins der Milch und 1925 das des Hämoglobins zu bestimmen. Doch die Methoden, um Kolloide näher zu untersuchen, reichten ihm nicht aus. Er suchte nach neuen Möglichkeiten.

 

 Mit der Milch zur Ultrazentrifuge

 

Mit der Entwicklung der Ultrazentrifuge 1926 hat Svedberg ein außerordentlich effektives analytisches Instrument erfunden. Wird eine Lösung ausreichend kreisbeschleunigt, trennen sich die Bestandteile nach der Masse auf. Dieser Effekt war aus Milchseparatoren bekannt. Die gelösten Teilchen wandern im Lösungsmittel in ihrem rotierenden Behälter nach außen. Nach Überwindung der technischen Schwierigkeiten erzielte er eine für die damalige Zeit extreme Geschwindigkeit von 40 100 Umdrehungen je Minute.

 

Die Verteilung der Moleküle ließ sich beobachten und fotografieren. Aus den Daten konnte das Molekulargewicht errechnet werden. So bestimmte Svedberg das Molekulargewicht des Hämoglobins auf annähernd 67 000. Durch die Kombination der Zentrifuge mit einem optischen System konnte er die Sedimentation der Partikel direkt beobachten. Als erstes bestimmte er die Teilchengrößenverteilung in Goldsolen. Das Instrument setzte sich jedoch schnell als hervorragendes Analysegerät zur Trennung von Proteinen und vielen weiteren biochemischen Fragestellungen durch. Diese geniale Erfindung befruchtet die biochemische Analyse bis heute. Ultrazentrifugen gehören zur Standardausrüstung jedes molekularbiologischen Labors.

 

In der physikalischen Chemie bilden die Kolloide heute ein reichhaltiges Forschungsfeld. Die organische Chemie profitiert am meisten von davon. Wichtige Kolloide sind die Proteine und die polymeren Kohlenwasserstoffe, die sich ohne die Unterstützung der Kolloidforschung gar nicht analysieren ließen. Auch die chemische Industrie, die Färbe- und Gerbstoffindustrie, die Cellulose-, Nitrocellulose- und Textilindustrie ist ohne Kolloide nicht denkbar. Schließich spielen sie auch in der Medizin eine wichtige Rolle.

 

 Ein Leben lang in Uppsala

 

Svedberg forschte ausschließlich an der Universität Uppsala über Kolloide. Schon seine Doktorarbeit trug den Titel »Studien zur Lehre von den kolloidalen Lösungen«. Mit Mitarbeitern untersuchte er die physikalischen Eigenschaften der Kolloide, ihre Diffusionseigenschaften (Ausgleich von Konzentrationsunterschieden), die Lichtabsorption (Lichtaufnahme) und die Ablagerung. Aus den Ergebnissen konnte geschlossen werden, dass die Gasgesetze auch für die Kolloide Gültigkeit haben.

 

Für seine Untersuchungen der Ablagerung hat er Proteine und andere langkettige Kohlenwasserstoffe mit der Ultrazentrifuge bis auf die sechsfache Erdbeschleunigung gebracht. Die gefundenen Eigenschaften der Moleküle waren von ihrer Größe und ihrer Form abhängig. Er wies nach, dass die Moleküle eines reinen Proteins alle dieselbe Größe haben, und machte Verunreinigungen sichtbar. Später wandte er sich Fragen der Nuklearchemie und der Strahlenbiologie zu. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er an der künstlichen Synthese von Kautschuk.

 

Ihm zu Ehren wird der Ablagerungskoeffizient mit der nicht gesetzlichen Svedberg-Einheit S bezeichnet, die angibt, mit welcher Geschwindigkeit sich große Moleküle oder kleine Teilchen im Beschleunigungsfeld einer Ultrazentrifuge ablagern. Svedberg war ein rastloser Mensch. Er bereiste zwischen 1908 und 1923 alle maßgeblichen Forschungsstätten der Welt, von Berlin über Wien und Paris bis in die USA und Kanada. Diese Energie zeigte sich auch im Privaten. Zwischen 1909 und 1948 heiratet er viermal. Aus diesen Ehen gingen sechs Söhne und sechs Töchter hervor.