Die Spektralanalyse
Mit dem Jahr 1860 begann die Zeit, in der physikalische Methoden und Apparate immer wichtiger für die Chemie wurden. Das erste markante Beispiel für eine solche Methode ist die Entdeckung der Spektralanalyse.
Durch sie konnten zwischen 1861 und 1898 fast zwanzig Elemente entdeckt werden. Entwickelt wurde das Verfahren von zwei Deutschen: Bunsen und Kirchhoff.
Zwei Freunde forschen in Heidelberg
Robert Wilhelm Bunsen wurde Anfang des 19. Jahrhunderts geboren. Wenn ihr euch fragt, ob der Mann was mit dem Bunsenbrenner zu tun hat: Ja, er hat ihn erfunden. Zunächst aber war Bunsen Professor für Chemie in Marburg.
Dann verschlug es ihn nach Heidelberg. Dort wurde ein neues chemisches Labor gebaut. Es war für einige Jahre das am besten ausgestattete Labor in ganz Deutschland – und wurde sogar nach den Wünschen von Bunsen eingerichtet. Der Mann galt als übrigens als sehr geschickter Experimentator.
Sein Kollege Gustav Kirchhoff war 13 Jahre jünger als Bunsen. Er war Professor für Physik in Heidelberg. Dahin war er gekommen, weil sich sein Freund Bunsen für ihn eingesetzt hatte.
Natürlich haben beide dann auch gemeinsam geforscht. Herausgekommen ist dabei 1860 eine Veröffentlichung mit dem Titel „Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen“.
Welche „Zutaten“ haben Elemente? Und woraus besteht die Sonne?
Das Werk von Bunsen und Kirchhoff hatte vor allem Auswirkungen auf die Astronomie. Durch die Spektralanalyse konnten die Forscher nämlich Informationen darüber gewinnen, wie Himmelskörper zusammengesetzt sind. Vereinfacht gesagt: Woraus besteht die Sonne? Dank Bunsen und Kirchhoff weiß man: aus Gas.
Aber auch die Zusammensetzung von Dingen, die nicht so weit weg sind, ließ sich untersuchen – beispielsweise die von Alkalimetallen wie Natrium, Lithium und Kalium. Die hatten Bunsen und Kirchhoff für ihre Veröffentlichung unter die Lupe genommen.
Was genau haben die zwei beobachtet? Sie haben geschaut, mit welcher Wellenlänge chemische Elemente Licht absorbieren. Dabei kommen nämlich sogenannte Spektrallinien zustande. Diese Spektrallinien sind für jedes Element individuell, sie sind also quasi wie ein Fingerabdruck. Aus diesen einzelnen Fingerabdrücken schlossen Bunsen und Kirchhoff dann auf die Zusammensetzung der Alkalimetalle.
Gute Methode für ungeschickte Forscher
Die Wissenschaftler verrieten in ihrer gemeinsamen Arbeit auch, was für einen Apparat sie für ihre Untersuchung genutzt haben. Die Sache funktionierte – etwas verkürzt dargestellt – so: Das zu untersuchende Salz wurde an einem Draht in der Flamme eines Bunsenbrenners erhitzt. Das Licht der gefärbten Flamme wurde durch ein Fernrohr (das allerdings kein Objektiv hatte) geleitet. Da traf es auf ein Prisma, welches das Licht zerlegte. Das Licht wiederum wurde durch ein zweites Fernrohr beobachtet.
Die Spektralanalyse war wesentlich empfindlicher als die Lötrohranalyse, die bis dahin State of the Art gewesen war. Außerdem musste der Wissenschaftler, der ein Experiment durchführt, nicht mehr so geschickt sein wie zuvor – was für den Erfolg der Forschung manchmal ja nicht ganz unerheblich ist …
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