Chemienobelpreis 1971: Gerhard Herzberg
Der Deutsch-Kanadier erhielt den Nobelpreis »für seine Arbeiten über die Elektronenstruktur und die Geometrie der Moleküle, insbesondere der freien Radikale«.
Biografie
Gerhard Herzberg, * Hamburg 25.12.1904, ✝ Ottawa 3.3.1999; 1929 Privatdozent an der Technischen Hochschule Darmstadt, 1935-45 Professur an der University of Saskatchewan in Saskatoon (Kanada), ab 1945 kanadischer Staatsbürger, ab 1949 Direktor am National Research Council of Canada in Ottawa; Begründer der Molekülspektroskopie, fundamentale Beiträge zur Methodik der Spektralanalyse und zur Astrophysik.
Würdigung der preisgekrönten Leistung
Gerhard Herzberg befand sich auf einer Vortragsreise in der Sowjetunion, als er in einer knappen Nachricht von der Verleihung des Nobelpreises erfuhr.Der renommierte Physiker und Direktor des ihm zu Ehren gegründeten Herzberg-Instituts für Astrophysik in Ottawa ging selbstverständlich davon aus, den Preis für Physik erhalten zu haben. Herzberg, der Naturwissenschaft in erster Linie als menschliche Kulturleistung verstanden wissen wollte und sich gegen ihre Ökonomisierung wehrte, hatte den Anwendungsbezug seiner Forschung eher in der Astrophysik als in der Chemie gesucht.
Schon während seiner Schulzeit in Hamburg hatte er Interesse für die Astronomie entwickelt. Doch bereits als Zehnjähriger hatte er seinen Vater verloren, die Mutter verließ kurze Zeit später ihre zwei Söhne und wanderte nach Wyoming aus. Die Brüder wuchsen bei Freunden der Familie auf. Aufgrund der schlechten finanziellen Lage wählte Herzberg den neuen Studiengang technische Physik an der Technischen Hochschule in Darmstadt, der bessere Berufsperspektiven bot. Innerhalb von vier Jahren vollendete er das Studium, promovierte und veröffentlichte zwölf Artikel über Atomphysik.
Spezialgebiet: die Molekülspektroskopie
Herzbergs Forschungsinteresse galt von Anfang an der Spektroskopie, das heißt den Wechselwirkungen von Materie und elektromagnetischer Strahlung. Je nach Frequenz beziehungsweise Wellenlänge der Strahlung werden in der bestrahlten Materie verschiedene Effekte hervorgerufen. Herzberg befasste sich mit der Spektroskopie im Bereich des sichtbaren Lichts und der angrenzenden Gebiete, dem ultravioletten am kurzwelligen und dem infraroten am langwelligen Ende der Skala. In diesem Frequenzbereich ereignen sich in Atomen Elektronenübergänge, deren Energiewerte aus ihren Linienspektren ermittelt werden können. In Molekülen finden neben Elektronenübergängen zusätzlich Veränderungen der Schwingungs- und Rotationszustände statt. Ein Molekülspektrum zeigt deshalb eine viel größere Anzahl von Linien, die wegen der geringen Energieunterschiede der Schwingungs- und Rotationsniveaus in bestimmten Regionen sehr nah zusammenliegen und so genannte Banden bilden.
In den 1920er-Jahren standen Atomphysik und Spektroskopie im Mittelpunkt der physikalischen Forschung. Durch Stipendien, die ihn nach Freiburg, Göttingen und Bristol führten, hatte Herzberg Gelegenheit, viele hervorragende Vertreter der Quantenmechanik persönlich kennen zu lernen und an ihren Diskussionen teilzunehmen, darunter Erwin Schrödinger (Nobelpreis für Physik 1933), Max Born (1954), James Franck (1925) und Robert Sanderson Mulliken (Nobelpreis für Chemie 1966). Die Quantenmechanik beschreibt Verhalten und Energiezustände der Elektronen in Atomen und Molekülen. Herzbergs Spezialgebiet, die Spektroskopie, war ihr experimenteller Prüfstein. Rasch avancierte er zum führenden Experten für Molekülspektroskopie. In seiner 1929 abgeschlossenen Habilitation interpretierte er als Erster Spektren zweiatomiger Moleküle auf der Grundlage der neuen Theorie der Molekülorbitale und führte das Konzept der bindenden und antibindenden Elektronen ein. Nach 1930, als Privatdozent in Darmstadt, begann Herzberg zunehmend Interesse an den Spektren mehratomiger Moleküle zu entwickeln. Zusammen mit dem ungarischen Physiker Edward Teller formulierte er Regeln über die Zusammenhänge zwischen Elektronen- und Schwingungsübergängen.
Emigration
Im nationalsozialistischen Deutschland wurde Herzbergs Lage schwierig, da seine Ehefrau Luise Jüdin war. Auch sie war Physikerin und hatte gelegentlich mit ihrem Mann zusammengearbeitet. Ende 1934 erteilte man ihm deshalb Lehrverbot und gab ihm zu verstehen, dass sein Arbeitsvertrag nicht verlängert werden würde. Er war einer von ganz wenigen deutschen Wissenschaftlern, denen es gelang, nach Kanada zu emigrieren und dort — zunächst als Stipendiat der Carnegie Foundation — an der Universität von Saskatchewan weiterzuarbeiten. Die kanadische Regierung weigerte sich, mit der offiziellen Begründung der hohen Arbeitslosigkeit im eigenen Land, zwischen Verfolgten des Nazi-Regimes und ungefährdeten Einwanderern zu unterscheiden. 1935, im Emigrationsjahr der Herzbergs, erhielten lediglich sechs deutsche Wissenschaftler in Kanada Stipendien der Carnegie Foundation. Saskatchewan war eine schlecht ausgestattete Provinzuniversität, aber die Herzbergs konnten noch einige notwendige Geräte in Deutschland kaufen und mitnehmen, sodass die Fortführung der Forschung sichergestellt war.
Astrophysikalische Entdeckungen und die Spektroskopie der freien Radikale
Neben der Entwicklung spektroskopischer Methoden zur Bestimmung von Bindungslängen, Dissoziations- und Ionisierungsenergien von Molekülen, beziehungsweise Atomen, die zunächst die reine Grundlagenforschung betrafen, hatte Herzberg ein besonderes Augenmerk auf astrophysikalische Probleme. Er identifizierte unter anderem das CH+ in den Spektren interstellarer (zwischen den Fixsternen befindliche) Materie und das C3, das bis dahin unbekannt war, in den Spektren von Kometen. Eine weitere wichtige Entdeckung war die Tatsache, dass Moleküle beim Übergang in energetisch angeregte Zustände ihre geometrische Struktur verändern können.
In den 1950er-Jahren waren die spektroskopischen Methoden so weit fortgeschritten, dass auch kompliziertere Molekülbruchstücke (Radikale) untersucht werden konnten. In diesem Zusammenhang sind Herzbergs Arbeiten über das Methylen CH2, das als kurzlebiges, intermediäres (dazwischen befindliches) Teilchen in einer Vielzahl von Reaktionen eine Rolle spielt, von besonderer Bedeutung. Seine spektralanalytische Identifizierung glückte Herzberg erst nach jahrelanger Forschung durch Einsatz der von Ronald Norrish und George Porter (beide Nobelpreis 1967) eingeführten Methode der Blitzlichtfotolyse. Mithilfe dieser Methode gelang ihm die Erzeugung zahlreicher weiterer kurzlebiger Radikale, die spektralanalytisch untersucht und identifiziert wurden. In Analogie zu diesem Verfahren erfand Herzberg die Pulsradiolyse. Dabei werden durch Pulse energiereicher Elektronen in einer Absorptionszelle eine Vielzahl verschiedener Ionen erzeugt und anschließend spektroskopisch untersucht. Er leistete damit einen wichtigen Beitrag für die Reaktionskinetik extrem schneller chemischer Prozesse.
J. Berger