CHEMIENOBELPREIS 1906: HENRI MOISSAN

Chemienobelpreis 1906: Henri Moissan

 

Der Franzose bekam den Nobelpreis für die Erforschung und Isolation des Elements Fluor und für die Entwicklung des elektrischen Lichtbogenofens.

 

 Biografie

 

Ferdinand Frédéric Henri Moissan, * Paris 28.9.1852, ✝ Paris 20.2.1907; 1886 Lehrstuhl für Toxikologie an der pharmazeutischen Hochschule Paris, ab 1899 dort Lehrstuhl für anorganische Chemie, isolierte erstmals das Element Fluor.

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Den Chemienobelpreis 1906 bekam Henri Moissan für die Isolation von Fluor, ein Element, dessen Existenz bereits lange vorher bekannt war. Schon 1808 hatte der Begründer der Elektrochemie, der britische Chemiker und Physiker Sir Humphry Davy, über Fluor geschrieben. Der Wissenschaftler identifizierte 1809 das von ihm so benannte Chlor, das mit Fluor, Brom und Jod zur Gruppe der Halogene gehört. Der Weg zur Isolierung von Fluor aber sollte noch lang sein.

 

Die ersten Schritte auf diesem Weg hatte bereits der Berliner Chemiker Andreas Sigismund Marggraf in der Mitte des 18.Jahrhunderts unternommen, als er Flussspat mit Schwefelsäure destillieren wollte — sehr zum Schaden seiner gläsernen Versuchsapparatur. Denn bei der Reaktion entsteht Flusssäure, eine aggressive Fluorverbindung, die sogar Glas ätzt. Drei Jahre später beschrieb der Schwede Carl Wilhelm Scheele Flusssäure erstmals. Damit aber stockte der Fortschritt im Hinblick auf die Isolierung von Fluor erst einmal, obwohl sich sehr viele Chemiker mit dieser außergewöhnlichen Substanz beschäftigten. Humphry Davy versuchte 1808 Fluorwasserstoff, wie Flusssäure auch genannt wird, mithilfe von Kalium zu zerlegen. Außer einer heftigen Explosion erreichte er aber wenig. Fluor bindet sich einfach zu fest an andere Elemente — mit ihren damaligen Methoden hatten die Chemiker keine Chance, es dauerhaft aus diesen Verbindungen zu befreien.

 

 Die Isolation von Fluor gelingt

 

Erst der Eisenbahnersohn Henri Moissan hatte fast 80 Jahre später Erfolg, weil er sorgfältig alle Fehlerquellen ausschaltete. So verwendete er Gefäße aus dem so gut wie unzerstörbaren Platin, um die Reaktionen durchzuführen. Das Gas Fluorwasserstoff verflüssigte der Wissenschaftler und löste Kaliumfluorid darin. Mit normalen chemischen Reaktionen aber konnte er daraus das Fluor immer noch nicht isolieren. Erst als er elektrischen Strom anlegte, konnte er das Element freisetzen. Damit waren, außer dem später entdeckten radioaktiven Astat, alle Halogene isoliert.

 

Genau wie das nahe verwandte Chlor ist Fluor bei normalen Bedingungen ein Gas, das einen durchdringenden Geruch ausströmt. Erst bei -188 °C wird es flüssig, bei -220 °C erstarrt Fluor zu einem Feststoff. Von allen chemischen Elementen reagiert Fluor am heftigsten, selbst bei Raumtemperatur geschieht dies häufig explosionsartig. Sogar normales Wasser zersetzt Fluor zu Sauerstoff und Wasserstoff, mit dem es sich wiederum zu Flusssäure verbindet. Selbst schwere Edelgase, die im Normalfall überhaupt keine chemischen Reaktionen eingehen, verbinden sich mit Fluor.

 

Seit der Entdeckung der Kernspaltung hat Fluor für die Atomindustrie eine große Bedeutung. Denn nur mithilfe der Verbindung Uranhexafluorid lässt sich Uran in seine für die Kernreaktion wichtigen Isotope 235 und 238 aufspalten. Auch in der Biologie spielt das Element eine große Rolle. So verstärkt es bei Säugetieren und daher auch beim Menschen die Zahnsubstanz und verringert die Zahnerkrankung Karies. Da Fluor in vielen Nahrungsmitteln kaum vorkommt, reichern Länder wie die Schweiz Trinkwasser mit Fluorverbindungen an, umso eine flächendeckende Kariesvorbeugung zu erreichen. Zweieinhalb Gramm Fluor enthält der Körper eines 70 Kilogramm schweren Erwachsenen im Durchschnitt.

 

Obwohl Fluor lebenswichtig ist, sind viele seiner Verbindungen sehr giftig. Bereits das Element reizt in geringsten Konzentrationen Atemwege und Haut. Vor allem bei der Herstellung von Zement, Ziegeln und Keramik werden Gase und Staub freigesetzt, die Fluor enthalten.

 

Wie wichtig die Entdeckung von Henri Moissan ist, zeigen wenige Zahlen: Zwischen 2400 und 12 000 t elementares Fluor werden jährlich weltweit produziert. Daraus entsteht nicht nur das für die Kernindustrie wichtige Uranhexafluorid, sondern auch Schwefelhexafluorid, das in großen Umspannwerken als Isolator unentbehrlich ist. Verschiedene Fluorverbindungen aus der organischen Chemie werden zu langen Ketten, den Polymeren, verarbeitet. Als Beschichtungsmaterial Teflon und als wasserundurchlässiges, aber dampfdurchlässiges Goretex^®-Gewebe sind sie inzwischen in Haushaltsgeräten und Kleidungsstücken zu finden. Viele dieser Verbindungen werden auch aus Flussspat hergestellt. Für diese in der Metallverarbeitung wichtige Substanz liegt die Weltproduktion bei 4,7 Millionen Tonnen pro Jahr.

 

Moissan selbst stellte in seinem Labor an der pharmazeutischen Hochschule in Paris zahlreiche für die damalige Zeit neue Fluorverbindungen her. Allmählich erwarb er sich so den Ruf, einer der bedeutendsten Wissenschaftler Frankreichs zu sein.

 

 Kann man Diamanten künstlich herstellen?

 

Die Isolierung des Elements Fluor wird heute in allen Lehrbüchern relativ ausführlich beschrieben. Dagegen wird die zweite Leistung häufig vergessen, für die das Nobelpreiskomitee 1906 die Auszeichnung an Henri Moissan verlieh. Dabei ist der elektrische Lichtbogenofen für viele Entwicklungen und Entdeckungen mindestens genauso wichtig gewesen wie die Isolierung von Fluor. Moissan gelang es als Erstem, einen Ofen für die Gewinnung von Temperaturen bis zu 3500 °C einzusetzen. Unter diesen Bedingungen verwandeln sich praktisch alle chemischen Verbindungen in Dampf, bestehend aus den einzelnen Elementen. Kühlt dieser Dampf ab, entstehen daraus oft neue, vorher unbekannte Verbindungen. Moissan entdeckte mit seinem Lichtbogenofen zum Beispiel die zuvor unbekannte Klasse der Metallcarbide, die zu den hitzebeständigsten chemischen Verbindungen gehören. Mit dem Lichtbogenverfahren ließ sich beispielsweise Calciumcarbid preiswert herstellen. Dieses fand rasch technische Verwendung, da es beim Kontakt mit Wasser das brennbare Gas Acetylen entwickelt. So wurde Calciumcarbid zum Brennstoff für Carbidlampen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts weit verbreitet war.

 

Moissans eigentliches Ziel aber war die Herstellung von Diamanten. Nach den Überlegungen des Forschers sollte kohlenstoffreiches Eisen im Lichtbogen schmelzen. Beim Abkühlen erstarre das Eisen dann zu einer Hohlkugel, in deren Innerem ein so hoher Druck herrsche, dass Kohlenstoff zu Diamant zusammengepresst werde. Es ist umstritten, ob Moissan diese Synthese wirklich gelungen ist. Es wird angenommen, dass die von ihm gefundenen extrem harten Mineralien Siliciumcarbid gewesen sind. In den 1950er-Jahren aber konnte die Industrie die Idee Moissans bestätigen: Seither werden Kunstdiamanten mithilfe extrem hohen Drucks hergestellt.