CHEMIENOBELPREIS 1908: ERNEST RUTHERFORD

Chemienobelpreis 1908: Ernest Rutherford

 

Der gebürtige Neuseeländer wurde für seine Untersuchungen über den Zerfall der radioaktiven Elemente und die Chemie radioaktiver Substanzen ausgezeichnet.

 

 Biografie

 

Ernest Rutherford, Lord R. of Nelson (seit 1931), * Brightwater (Neuseeland) 30. 8. 1871, ✝ Cambridge 19. 10. 1937; Professor in Montreal, Manchester, ab 1919 in Cambridge und dort Direktor des Cavendish Laboratory; stellte eine Theorie des radioaktiven Zerfalls auf, schuf mit dem nach ihm benannten Atommodell die Grundlage der heutigen Atomphysik und entdeckte die künstliche Kernumwandlung.

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Er sei über seine schnelle Umwandlung von einem Physiker zu einem Chemiker selbst recht erstaunt gewesen, pflegte Rutherford zu sagen, wenn er auf seinen Nobelpreis angesprochen wurde.Dass gerade er, einer der bedeutendsten experimentellen Physiker der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, 1908 den Nobelpreis für Chemie erhielt, hängt nicht nur mit dem speziellen Status der Radioaktivitätsforschung zwischen Physik und Chemie zusammen. Das liegt auch am Wirken einer einflussreichen Person im Hintergrund vieler Nobelentscheidungen, dem schwedischen physikalischen Chemiker Svante Arrhenius.

 

Im Frühjahr 1908 war es Ernest Rutherford und Hans Geiger in Manchester sowie dem deutschen Physiker Erich Regener in Berlin (der in der Geschichtsschreibung allerdings weitgehend übersehen wurde) erstmals gelungen, die Alphateilchen, die von einer radioaktiven Substanz emittiert werden, einzeln zu zählen. Damit lag einerseits für die noch immer Skeptischen ein weiterer Nachweis der atomaren Struktur der Materie auf dem Tisch. Andererseits ermöglichte es die Zählung Rutherford und Geiger, wichtige Naturkonstanten zu bestimmen, vor allem die elektrische Elementarladung e. Der von ihnen angegebene Wert stimmte hervorragend mit dem Wert überein, den der deutsche theoretische Physiker Max Planck aus seinen völlig anders gearteten Überlegungen zur Strahlungstheorie abgeleitet hatte. Diese Übereinstimmung beeindruckte Arrhenius so sehr, dass er beschloss, die Nobelpreise des Jahres 1908 zu Nobelpreisen für den Atomismus zu machen, und zwar mit dem Physikpreis für Planck und dem Chemiepreis für Rutherford.

 

 Zwischen Chemie und Physik

 

Natürlich war Rutherford auch ein Kandidat für den Physikpreis. Das Chemiekomitee entschied sich rasch und einstimmig, der Akademie Rutherford vorzuschlagen, und gab ein Gutachten über Rutherford in Auftrag. Wahrscheinlich wurde dieses Gutachten unter der Hand von Arrhenius selbst formuliert. Außerdem erreichte Arrhenius, dass in der entscheidenden Akademiesitzung die Abstimmungsreihenfolge umgedreht wurde. Im Gegensatz zur üblichen Praxis wurde zuerst über den Kandidaten für Chemie entschieden. Vermutlich hoffte Arrhenius, der Preis für Rutherford würde — wegen des Zusammenhangs zwischen Rutherfords und Plancks Ergebnissen, den er immer und immer wieder betont hatte — dann auch Planck zum Sieg verhelfen.

 

In der Tat war die Durchsetzung seiner Pläne im Physikkomitee für Arrhenius erheblich schwieriger. Zum einen war er dort längst nicht so einflussreich wie bei den Chemikern; zum anderen bevorzugte man experimentelle Ergebnisse, oder, wenn möglich, die Kombination von experimentellen und theoretischen Ergebnissen. Nun gab es zwar zu Plancks Theorie auch experimentelle Messungen, die damit befassten Physiker waren aber 1908 nicht unter den Vorgeschlagenen. Dieser Umstand sowie ein gezielt platzierter Hinweis von Arrhenius' Widersacher, dem Mathematiker Gustaf Mittag-Leffler, auf die vielfältigen offenen Fragen der Strahlungsphysik sorgten dafür, dass die Akademie sich auf der entscheidenden Gesamtsitzung doch für den Alternativkandidaten Gabriel Lippmann entschied. Arrhenius hatte mit seiner konzertierten Aktion für den Atomismus demnach zwar keinen Erfolg gehabt; ihm blieb aber die Genugtuung, Rutherford, den er sehr bewunderte, einen Nobelpreis verschafft zu haben, und außerdem das Gebiet der Radioaktivität, für das in der Physik fünf Jahre zuvor ein Preis verliehen wurde, gleichsam für die Chemie zurückerobert zu haben.

 

 Neue Grundlage für die Chemie

 

Die Zählung einzelner Alphateilchen und die definitive Bestätigung ihrer Identität als doppelt geladene Heliumatome gehören zu Rutherfords herausragenden Ergebnissen des Jahres 1908. Die eigentliche preisgekrönte Errungenschaft in dem äußerst fruchtbaren Schaffen Rutherfords aber war die Theorie des Zerfalls der radioaktiven Elemente, die er zusammen mit dem britischen Chemiker Frederick Soddy 1902 in Montreal aufgestellt hatte. Damit stellten sie der Radioaktivitätsforschung eine zentrale Theorie zur Verfügung, mit deren Hilfe das gesamte existierende Beobachtungsmaterial organisiert werden konnte.

 

Diese Theorie besagt nicht weniger, als dass radioaktive chemische Elemente sich in andere chemische Elemente verwandeln. Damit aber hoben Rutherford und Soddy das zentrale chemische Dogma von der Unzerstörbarkeit der chemischen Elemente auf. Beide waren sich der Ungeheuerlichkeit ihres Ergebnisses wohl bewusst und versicherten sich vor der Veröffentlichung der Unterstützung durch den prominenten britischen Chemiker William Crookes. In der Sache aber waren sie sicher, und in der Tat erklärte ihre Theorie mit einem Schlag viele unverständliche Beobachtungen.

 

Zu den verblüffendsten Beobachtungen hatte gehört, dass man die radioaktive Komponente der strahlenden Elemente chemisch abtrennen konnte, sodass man zum Beispiel ein inaktives Resturan und ein deutlich stärkeres so genanntes Uran X erhielt. Untersuchte man diese säuberlich getrennten Proben nach einiger Zeit wieder, musste man jedoch feststellen, dass das Uran X jetzt seine Aktivität verloren hatte, während das zuvor inaktive Resturan wieder Strahlen aussandte. Vollends unübersichtlich wurde die Lage dadurch, dass manche Substanzen nur Alphastrahlen und manche nur Betastrahlen emittieren. Je nachdem, ob man wie Rutherford mit einer elektrischen Nachweismethode arbeitete oder wie Henri Becquerel mit Fotoplatten, erhielt man andere Reaktionen, da jede Methode nur bestimmte Strahlen nachwies. Eine von Rutherfords wesentlichen Beobachtungen in dieser konfusen Datensammlung war, dass bei einem getrennten Stoff die Zunahme seiner Aktivität und die Abnahme des abgetrennten aktiven Teils genau gleichzeitig abliefen, sodass die Summe aus beidem stets konstant war. Dies brachte die entscheidende Idee, dass der eine Stoff sich im Lauf der Beobachtung in den anderen umwandelte, wobei die Umwandlungsrate (die Wahrscheinlichkeit, dass in einer gegebenen Zeit ein Atom zerfällt) für jedes Element eine charakteristische Konstante darstellt, die durch keinerlei äußere Bedingungen verändert werden kann.

 

In Anbetracht ihres revolutionären Inhalts wurde die Zerfallstheorie von den Wissenschaftskollegen erstaunlich friedlich und unspektakulär aufgenommen, und die Auszeichnung Rutherfords mit dem Nobelpreis fünf Jahre später spiegelt dies wider. Zu dieser Zeit stand jedoch längst nicht mehr der Beweis der Zerfallstheorie im Mittelpunkt seiner wissenschaftlichen Ambitionen, sondern die endgültige Identifikation der Alphastrahlen, seiner persönlichen »Lieblingsstrahlen«, als Heliumionen. Ihnen, und nicht seiner eigentlich geehrten Leistung, widmete er, der Physiker mit dem Chemiepreis, seinen vor Eroberungsstolz glühenden Nobelvortrag über die »chemische Identität der Alphateilchen«.