Chemienobelpreis 1925: Richard Adolf Zsigmondy
Der Österreicher erhielt den Nobelpreis für »den Nachweis der heterogenen Naturkolloidaler Lösungen und für die Entwicklung der dabei angewandten Methoden«.
Biografie
Richard Adolf Zsigmondy, * Wien 1. 4. 1865, ✝ Göttingen 23. 9. 1929; ab 1893 Dozent an der Technischen Hochschule in Graz, ab 1897 Chemiker bei den Schott&Genossen Glaswerken in Jena, 1907-29 Professor für anorganische Chemie in Göttingen, erfand den Sterndialysator, 1918 den Membranfilter und 1922 den Ultramembranfilter.
Würdigung der preisgekrönten Leistung
Wassermoleküle liegen in der flüssigen Phase nicht als Einzelmoleküle vor, sondern als Cluster oder Komplexe (H2O)n. Auch eine ganze Reihe von Kristallen löst sich in Flüssigkeiten nicht bis zu Einzelmolekülen oder -ionen auf, sondern es spalten sich wie beim Eis größere Aggregate ab.Ebenso können sich vollkommen gelöste Moleküle zu supramolekularen Komplexen zusammenlagern. Solche Systeme, deren Teilchen so groß sind, dass sie die Poren einer Membran nicht passieren können, werden als Kolloide bezeichnet. Der Begriff ist aus dem griechischen Wort für Leim (kolla) abgeleitet. Kolloide haben einen Aggregatzustand zwischen fest und flüssig.
Der italienische Arzt Francesco Selmi hatte solche Strukturen 1842 entdeckt, als er Fe(III)-Sulfat mit Schwefelwasserstoff umsetzte. Er nannte seinen Befund Pseudolösung. Den Begriff »Kolloid« führte der schottische Chemiker Thomas Graham ein, als er 1854 den kolloidalen vom kristallinen Zustand der Materie unterschied. Es war ihm gelungen, Kolloide, wie den Gerbstoff Tannin und das Protein Albumin, in sehr reiner Form darzustellen. Auch kolloidale Lösungen des Aluminiums, des Chroms und von Metalloxiden konnte er erzeugen. 1913 gelang es dem österreichischen Chemiker Felix Ehrenhaft, durch elektrisches Zerstäuben von Gasen Kolloide zu erzeugen.
Kolloide sind überall
Der kolloidale Zustand der Materie ist bisher nicht ins allgemeine Bewusstsein gedrungen. Dabei zählen beispielsweise das Blut oder die Gelatine zu den Kolloiden. Der Physikochemiker Wilhelm Ostwald (Nobelpreis 1909) hatte das Reich der Kolloide »als die Welt der vernachlässigten Dimensionen« bezeichnet. Er hat die Suspensionskolloide aus Festkörper und Flüssigkeit von den Emulsionskolloiden aus miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten unterschieden. Auch der Nebel mit seinen fein verteilten Flüssigkeitströpfchen beziehungsweise Aerosolen ist eine kolloidale Lösung. Als übergeordnete Wissenschaft gehört die Kolloidforschung in alle Bereiche der Naturwissenschaften. Ob Tone, Farbstoffe, Kosmetika oder Wein, sehr viele Stoffe bestehen aus Kolloiden.
Zsigmondy beschäftigte sich bereits kurz nach seiner Geburt mit Kolloiden. So wird von Bewunderern gescherzt, die damit seine Bedeutung für die Kolloidchemie unterstreichen wollen. Denn auch die Muttermilch ist eine kolloidale Lösung. Zsigmondy stammt aus einer naturwissenschaftlich gebildeten Familie; hatte also gute Startbedingungen für eine wissenschaftliche Laufbahn. Nach seiner Habilitation 1892 in Graz mit dem Thema »Kryolith und seine Stellvertreter in der Glasindustrie« beschäftigte er sich mit sehr fein verteilten kolloidalen Stoffen zur Färbung von Glas.
Die besonderen Eigenschaften machten die Kolloide für Zsigmondy so interessant. Die Teilchen sind mit etwa 10-7 Zentimeter relativ groß, können vom flüssigen in den gallertartigen Zustand beziehungsweise vom Sol zum Gel übergehen und streuen das Licht nach dem Tyndall-Effekt seitlich ab. Die kolloidalen Lösungen, die Zsigmondy in Graz zum Färben des Glases verwendete, zeigten sich ähnlich eigenwillig. In seiner Preisrede erinnerte er sich an die Grazer Zeit, als er entdeckte, »dass die Wirkungen einander sehr nahe stehender chemischer Verbindungen auf Entstehung und Aussehen dieser Farben fundamental verschieden sein konnte«. Gold ergab mit Wismutoxid, je nach Temperatur, die Farbe Rot oder Blau. Zur Aufklärung dieses sonderbaren Verhaltens begann sich Zsigmondy mit der Natur der kolloidalen Glasfärbelösungen zu beschäftigen.
Ein Mikroskop für Kolloide
1897 ging Zsigmondy in das Glastechnische Laboratorium der Schott-Werke nach Jena. Dort entwickelte er das berühmte »Jenaer Milchglas«. Doch nach drei Jahren war er der industriellen Forschung müde und gab seine Stelle auf. Er blieb als Privatgelehrter in Jena und vertiefte seine Studien zur Kolloidchemie. Ostwald hat das Interesse an den Kolloiden 1916 so ausgedrückt: »Meine Herren, ich könnte Ihnen ununterbrochen Kolloide zeigen, denen wir in unserer nächsten Umgebung, denen wir geradezu Schritt für Schritt unter den Dingen des täglichen Lebens begegnen. Vielleicht glauben Sie nun, dass ich an einer Art Kolloidomanie leide, weil ich anscheinend überall Kolloide sehe. Meine Herren, ich sehe in der Tat beinahe überall Kolloide. ..«
Da die Möglichkeiten des Lichtmikroskops erschöpft waren, machten sich Zsigmondy und Henry Siedentopf von den Carl-Zeiss-Werken daran, die Grenzwellenlänge zu unterschreiten. Das 1903 von ihnen entwickelte Ultramikroskop funktioniert nach dem Prinzip der Sonnenstäubchen, das kleinste Körper zwar nicht darstellen, aber immerhin sichtbar und zählbar machen kann. Die kolloidalen Partikel wurden in einer Flüssigkeit sehr fein verteilt und mit einem starken Lichtstrahl beleuchtet, der senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops verläuft. Da die Partikel das Licht streuen, können ihre Bewegungen als Lichtblitze beobachtet werden, ohne dass ihre materielle Struktur erkannt werden kann. Mit der Weiterentwicklung zum Immersionsultramikroskop erzielten die Forscher eine Auflösung von acht Mikrometer, mit der Sonne als Lichtquelle sogar vier Mikrometer.
Der Meister der Kolloide
1908 ereilte Zsigmondy der Ruf der Universität Göttingen, die sich damals zum akademischen Zentrum Deutschlands entwickelte. Hier fand er ideale Forschungsbedingungen. Er veröffentlichte zahlreiche Arbeiten, die, wie das »Lehrbuch der Kolloidchemie« von 1912, zu Standardwerken geworden sind. Unter anderem erforschte er, mit welcher Geschwindigkeit sich Goldlösungen kolloidal umwandeln. Kolloidale Goldpräparationen, die unter einem normalen Mikroskop homogen erschienen waren, offenbarten sich unter seinem Ultramikroskop plötzlich als abgegrenzte Teilchen. Es gelang ihm, seine Teilchenhypothese, die eine heterogene Natur der kolloidalen Lösungen annahm, zu beweisen. Er untersuchte die Struktur der Gele und trieb die Entwicklung von Apparaten und Methoden zur Kolloidforschung voran. Schließlich konnte er Größe und Masse seiner kolloiden Teilchen bestimmen. Dazu grenzte er optisch ein kleines Volumen seiner Kolloidlösung ab und zählte die Teilchen. Wenn er eine sphärische Form und normale Gravitation voraussetzte, konnte auch die Größe der kolloidalen Teilchen einfach bestimmt werden. Als er 1925 seinen 60. Geburtstag feierte, wurde er als »Altmeister der Kolloidforschung« gewürdigt.
U. Schulte