Antoine Laurent de Lavoisier
Antoine Lavoisier

Antoine Laurent de Lavoisier (* 26. August 1743 in Paris; † 8. Mai 1794 ebenda) war ein französischer Chemiker und gilt als einer der Väter der modernen Chemie.

Inhaltsverzeichnis

Leben und Wirken

Lavoisier und seine Frau Marie, Jacques-Louis David (1788)

Herkunft

Er war der älteste Sohn des Arztes und Rechtsanwalts Jean Antoine Lavoisier (1715–1775) und dessen Frau Émilie Punctis (ca. 1729–1746 oder 1748), die Tochter eines Advokaten war. Seine Eltern heirateten am 28. Mai 1742.[1] Nach dem frühen Tod der Mutter zog die Familie in das Haus der Großmutter, dort lebte Lavoisier bis zu seiner Heirat im Jahre 1771.

Studium und erste Experimente

Bereits in jungen Jahren interessierte sich Lavoisier für die Naturwissenschaften. Er besuchte ab 1754 die Eliteschule Collège Mazarin, ab dem Jahre 1760 begann er auf Wunsch seines Vaters zuerst mit dem Jurastudium. 1764 promovierte ich zum Doktor der Rechte und wurde in die Pariser Anwaltsliste immatrikuliert. Mit Chemie beschäftigte er sich ab 1763 er hörte Vorlesungen am Jardin du roi bei Guillaume François Rouelle (1703-1770). Durch Nicolas Louis de Lacaille (1713–1762) wurde seine naturwissenschaftliche Begabung entdeckt und gefördert. Er studierte daraufhin Naturwissenschaften, richtete sich ein kleines Forschungslabor ein und begann mit ersten Experimenten. Im Alter von 22 Jahren veröffentlichte er seine erste Arbeit, eine Abhandlung über den Gips. 1766 erhielt er eine goldene Medaille für die Verbesserung der Pariser Stadtbeleuchtung. Mit Jean-Étienne Guettard (1715–1786) machte er im Jahr 1767 eine Studienreise, um einen mineralogisch-geologischen Atlas von Frankreich anzufertigen. Er fertigte darauf eine Arbeit über Trinkwasser an. 1768 wurde Lavoisier bereits mit 25 Jahren in den edlen Kreis der Wissenschaftler der Französischen Akademie aufgenommen und trat auch der Ferme générale bei, einer privaten Gesellschaft von Steuerpächtern.

1771 heiratete er die erst 13-jährige Marie-Anne Pierette Paulze (spätere Marie Lavoisier) aus reichem Hause, was es ihm ermöglichte, nun ein großes Labor einzurichten, in dem seine Frau auch gerne experimentierte, das Laborbuch führte und wissenschaftliche Werke übersetzte. Eines seiner größten Verdienste war, bei seinen Experimenten alles genau zu notieren, zu messen und zu wiegen. Er ließ Apparate und Instrumente konstruieren, mit denen vor allem Gase genauer als bisher gemessen und gewogen werden konnten. Später war er in der Lage, größere Gasmassen zu speichern und Gasgewichte bis auf eine Genauigkeit von 50 Milligramm zu wiegen.

Im Jahre 1775 wurden er und drei weitere Personen durch Jacques Turgot (1727–1781) zu Inspekteuren über die Schießpulverfabriken ernannt, Comité des Poudres et Salpêtres.[2] Er wird nicht nur die Produktion des Schießpulvers verbessern, sondern auch erhebliche Produktionsgelder für das Ancien Régime einsparen.

Wertvoll für spätere Naturwissenschaftler war auch die methodische Dreiteilung der Darstellung von chemischen Versuchen, die sich bis heute erhalten hat. Er gliederte die Versuchsbeschreibungen in Experiment (Préparation de l'expérience, heute: Versuchsbeschreibung), Erfolg (Effet, heute: Versuchsergebnis), Betrachtungen (Réflexions, heute: Schlußfolgerungen).[3] Seine systematische Trennung von Vermutungen/Spekulationen zu einer klar strukturierten gedanklichen Beweisführung gaben der wissenschaftlichen Chemie das nötige Rüstzeug für weitere Fortschritte.

Das Prinzip der Oxidation

Lavoisier unternahm Versuche mit Diamanten und Kohle, die er der Hitze eines Brennglases an freier Luft aussetzte. In beiden Fällen trübte das entstandene Gas Kalkwasser. Er kam zur Schlussfolgerung, dass Kohle und Diamant aus gleichen Stoffen bestehen. In abgeschlossenen Gefäßen mit fixer Luft (Luft aus Gärungsversuchen) war der Diamant schwer verdampfbar.[3] Bei seinen Ausführungen erwähnt er auch einen Herrn Mitouard, der bereits im September 1772 Versuche mit ähnlichen Ergebnissen vorgenommen hatte und diesen Bericht an die Akademie gesandt hatte. Mitouard nutzte weiter eine Herstellungsvorschrift von Andreas Sigismund Marggraf für Phosphor. Bei Verbrennung des roten Phosphors entstand eine Säure (Phosphorsäure), die ein größeres Gewicht besaß als der eingesetzte rote Phosphor (Marggraf und Mitouard). Lavoisiers Berichterstattung zur Akademie über den Phosphor endete am 20. Oktober 1772.[3]

Im November 1772 erschien eine Arbeit von Joseph Priestley über die Luftverminderung bei der Verbrennung von Schwefel in einem geschlossenen Raum bei Anwesenheit von Wasser. Lavoisier war nun möglicherweise überzeugt, dass der Schwefel und der Phosphor bei der Verbrennung ein Gas aus der Luft aufnehmen und sich zu schwefliger Säure, Phosphorsäure umwandeln, die schwerer als reiner Schwefel und Phosphor sind. Priestley hielt noch an der Phlogistontheorie fest.

Da Lavoisier jedoch die englische Sprache nicht sehr gut beherrschte und den Ruhm der Entdeckung von Sauerstoff durch klare Beweise für Frankreich sichern wollte, datierte er eine einführende programmatische Schrift (Opuscules physiques et chimiques, 1773–1774) aus dem Jahr 1773 auf den 20. Februar 1772 zurück.[3] Er stellte in dieser Erklärung fest, dass fixe Luft (Gärungsluft, Kohlendioxid) und gewöhnliche Luft sehr unterschiedlich sind. Die eine Luft tötet Tiere, die andere Luft ist zum Leben notwendig. Und weiter: Es gibt eine besondere Luft, die sich mit allen Körpern sehr gut verbindet, wogegen atmosphärische Luft nur zum Teil gebunden wird.[3] Er beschrieb seine Versuche über die Erhitzung von abgeschlossenen Glasgefäßen, die Blei oder Zinn und Luft enthielten und beobachtete je nach enthaltener Luftmenge unterschiedliche Gewichtsänderungen des Metalls. Er verwies auch auf Robert Boyle, der erste Versuche – jedoch ohne Variation der Luftmenge und Gewichtsbeeinflussungen dem Feuer zuordnete – in abgeschlossenen Glasgefäßen unternommen hatte. Lavoisier folgerte: Die Gewichtsänderungen wurden nicht durch das Feuer, sondern von der Luft verursacht. [3]

Lavoisier findet weiter, dass die Restluft nach der Verbrennung etwas leichter als die ursprüngliche Luft ist. Er folgert, dass der Anteil der Luft, der sich mit Metallen verbindet, schwerer als Luft ist, und dass Luft keine einfache Substanz ist.[3] Trotz dieser Befunde bricht Lavoisier erst im Jahr 1777 endgültig mit der Phlogistontheorie.

Im Jahre 1774 lernte Lavoisier den englischen Chemiker Joseph Priestley kennen, der beim Erhitzen von Quecksilberoxid oder Kaliumnitrat festgestellt hatte, dass Gase entweichen, die er Feuerluft nannte. So angeregt fand Lavoisier durch eigene Experimente heraus, dass es sich bei den Gasen um einen Stoff handelt, der Bestandteil von Luft und Wasser ist. Er nannte diesen Stoff Oxygenium (Sauerstoff) und entwickelte die Theorie der Oxidation. Da das Oxygen bei der Verbrennung von anorganischen Stoffen meist Säuren bildete, sah man in Säuren zunächst sauerstoffhaltige Verbindungen (bis zur Entdeckung von Chlorwasserstoff durch Humphry Davy).

Bisher war man der Auffassung gewesen, dass beim Erhitzen von Substanzen das Element Phlogiston entweicht und als Gas an die Luft abgegeben wird. Weiterhin war man davon überzeugt, dass Wärme eine substanzielle Materie sei. Lavoisier stellte nun mit Hilfe seiner vielen Apparaturen fest, dass bei der Verbrennung von Metallkalken (Metallcarbonaten, z. B. Bleicarbonat oder Marmor) tatsächlich Gase freigesetzt wurden. Addierte er das Gewicht der Asche und der Gase, so stimmte das Gewicht der Produkte mit dem Gewicht der Ausgangskomponenten, der Edukte, überein, auch beim Brennen von Calciumcarbonat, wobei er das gasförmige Kohlendioxid identifizierte. Mit großer Systematik erhitzte er nun auch andere Stoffe, beispielsweise Phosphor und Schwefel, und entdeckte dabei eine Gewichtszunahme. Er ließ durch seine Frau notieren:

„Vor ungefähr acht Tagen habe ich entdeckt, dass Schwefel bei der Verbrennung keineswegs Gewicht verliert, sondern im Gegenteil Gewicht gewinnt. Das gleiche tritt beim Phosphor auf: Die Gewichtszunahme stammt aus einer beträchtlichen Menge Luft, die während der Verbrennung fixiert wird und die sich mit den Dämpfen verbindet. Diese Entdeckung hat mich zu der Annahme geführt, dass das, was man bei der Verbrennung von Schwefel und Phosphor beobachtet, auch bei allen anderen Körpern auftreten könnte, deren Gewicht bei der Verbrennung zunimmt.“

Antoine Laurent de Lavoisier

Gesetz der Massenerhaltung

Das Gesetz der Massenerhaltung bei chemischen Umsetzungen war noch nicht bekannt, da man in der Wärme nach der Phlogistontheorie auch einen Stoff sah, der zu Gewichtsänderungen bei Stoffen führen konnte.

Lavoisier konnte aus der Verkalkung von Metallen (Metalloxidation) durch sorgfältige Gewichtsmessungen der Luftabnahme, bzw. des spezifischen Gewichtes von Luft, ferner aus Gewichtsbestimmungen durch Zersetzung von 100 Gran Wasser in 15 Gran entzündlichem Gas (Wasserstoff) und 85 Gran Lebensluft (Sauerstoff) nachweisen, dass eine Massenerhaltung bei chemischen Umsetzungen vorliegt. Erst diese klaren Beweise konnten die Phlogistontheorie umstürzen. Seine Forschung widerlegte die bis dahin gültige Phlogistontheorie.[4] 1789 stellte er das Prinzip der Massenerhaltung fest:

„Nichts wird bei den Operationen künstlicher oder natürlicher Art geschaffen, und es kann als Axiom angesehen werden, dass bei jeder Operation eine gleiche Quantität Materie vor und nach der Operation existiert.“

Antoine Laurent de Lavoisier

Lavoisier wurde somit der Begründer der Stöchiometrie, der chemischen Mathematik, die später von Jeremias Benjamin Richter durch das Erkennen des mathematischen Zusammenhanges bei Salzbildungen verbessert wurde.

Elemente

Lavoisier konnte durch seine Versuche Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor den reinen Elemente zuordnen. Ferner wurden die Metalle[5] Gold, Silber, Kupfer, Blei, Quecksilber, Zink, Eisen, Mangan, Nickel, Zinn, Wolfram, Platin, Molybdän ebenfalls zu den Elementen gerechnet, da in Reaktion mit sogenannter Lebensluft nur Oxide entstanden. Der Sauerstoff konnte beim Erhitzen mit Kohle wieder abgespalten werden. Lavoisier konnte so eine Liste mit 33 Stoffen und 23 Elementen aufstellen.

Chemische Nomenklatur

Anorganische Stoffe, Säuren hatten vor 1787 recht sonderbare Namen: Alembrotsalz, Kolkothar, algarothisches Pulver, Pompholix, Zinkblumen, Vitrolsäure usw. Nur eingeweihte Alchemisten wussten mit diesen Namen etwas anzufangen. Guyton de Morveau, Claude-Louis Berthollet, Fourcroy und Lavoisier legten im April 1787 eine neue Nomenklatur, die die Namen der Elemente von anorganischen Stoffen enthielt, der Akademie vor.[3] Mit dieser Nomenklatur konnten nun anorganische Verbindungen einfach und schnell bezeichnet werden.

Neben der Nomenklatur wurden auch Zeichen nach Jean-Henri Hassenfratz und Pierre-Auguste Adet für die chemischen Elemente eingeführt.[3] Diese Symbole unterschieden sich noch ein wenig von der späteren – im Jahre 1814 von Jöns Jakob Berzelius entwickelten und heute gebräuchlichen – Zeichensprache.

Die Entdeckung des Wasserstoffs

Labor von Lavoisier

Aus England hörte Lavoisier im Jahre 1783, dass Henry Cavendish Wasser in zwei Gase zerlegt hatte[6]. Cavendish gilt als Entdecker des Wasserstoffs. Lavoisier stellte die Versuche nach, gewann aus den beiden Gasen wiederum Wasser und stellte daraufhin die These auf:

„Die Verbrennung der beiden Luftarten und ihre Umwandlung zu Wasser, Gewichtsteil für Gewichtsteil, erlaubt kaum noch Zweifel daran, dass diese Substanz, die bislang als Element betrachtet wurde, ein zusammengesetzter Stoff ist.“

Antoine Laurent de Lavoisier

Damit brachte Lavoisier die noch auf Aristoteles beruhenden alten Denkgebäude, die Luft und Wasser für unzerstörbare Elemente hielten, zum Einsturz. Er untermauerte seine Erkenntnis mit einem weiteren Experiment: Er erhitzte Eisenspäne bis zur Rotglut und leitete Wasserdampf darüber und stellte fest, dass sich das Eisen zu Eisenoxid verwandelt und dabei an Gewicht zugenommen hatte. Er stellte weiterhin fest, dass sich zwar ein Teil des Wasserdampfes wieder zu Wasser kondensiert hatte, ein anderer Teil sich jedoch zu sogenannter brennbarer Luft zersetzt hatte. Lavoisier erkannte, dass er reinen Wasserstoff in seinem Gasbehälter gewonnen hatte. Er nannte das Gas Knallgas.

Aktivitäten während der Revolution

Lavoisier wurde nun bewundert und 1784 zum Leiter der Akademie der Wissenschaften Frankreichs berufen. Während der Französischen Revolution beteiligte sich der liberale Lavoisier an Reformen; er förderte die einheitliche Einführung von Maßen (metrisches System) und Gewichten, wurde Abgeordneter der Stände und Organisator der Pariser Mauer, deren Zweck es war, eine Einfuhrsteuer auf Waren nach Paris zu erheben. Weiterhin wurde er Leiter der staatlichen Pulververwaltung und konnte die Produktion von Schießpulver erheblich steigern. Als Mitglied der „Steuerpächter“ der Pariser Mauer wurde er im November 1793 gemeinsam mit 28 Kollegen inhaftiert, als Erpresser und „Steuereintreiber“ angeklagt und am 8. Mai 1794 auf der Guillotine hingerichtet. Sein Freund, der italienische Mathematiker und Astronom Joseph-Louis Lagrange resümierte verbittert:

„Es dauert nur Sekunden, um einen Kopf abzuhacken, aber hunderte Jahre dürften keinen ähnlichen hervorbringen können wie diesen Lavoisier“

Joseph–Louis Lagrange.

Dem Richter Jean-Baptiste Coffinhal wird oft das Zitat zugewiesen: „Die Republik braucht weder Wissenschaftler noch Chemiker. Der Lauf der Justiz darf nicht sistiert werden.“ Dies sieht man heute als apokryph an.[7]

Würdigung

Lavoisier erkannte als Erster, dass Wasser eine chemische Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff ist. Mit der Entdeckung des Sauerstoffs als Unterhalter von Verbrennungsvorgängen prägte er den Begriff Oxidation: die Vereinigung von Elementen und chemischen Verbindungen mit dem Element Sauerstoff (Oxygenium) zu Oxiden und leitete aus dieser Erkenntnis (durch genaues Wiegen und Messen) das Gesetz der Erhaltung der Massen ab. Darüber hinaus beschäftigte sich Lavoisier mit der alkoholischen Gärung und dem Phänomen des Pflanzenwachstums, wobei er erste Gesetzmäßigkeiten der pflanzlichen und tierischen Atmung (Kohlenstoffdioxid-Kreislauf) erkannte. Er stellte eine neue Namensliste der Elemente auf und reformierte deren lateinische Namensgebung.

In den 1940er Jahren sah der amerikanische Chemiker und Wissenschaftshistoriker Henry Guerlac in Paris ein unveröffentlichtes Manuskript von Lavoisier durch, das er unter dem Titel Lavoisier: The Crucial Year veröffentlichte. Für dieses Werk erhielt Guerlac 1958 den Pfizer Award von der von George Sarton und Lawrence Joseph Henderson gegründeten History of Science Society (HSS).

Veröffentlichungen

  • Opuscules physiques et chimiques (1774)
  • Traité élémentaire de chimie (1789)

Literatur

  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Verlag Chemie, Weinheim 1965.
  • Günther Bugge: Das Buch Der Grossen Chemiker,Dr. Max Speter: Lavoisier, Band 1, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, ISBN 3-527-25021-2
  • A. Ladenburg: Vorträge über die Entwicklungsgeschichte der Chemie, von Lavoisier bis zur Gegenwart. 4. vermehrte und verbesserte Auflage. Vieweg, Braunschweig 1907 (Unveränderter Nachdruck: Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1974, ISBN 3-534-06011-3).
  • Jerome Lalande: An Account of the Life and Writings of Lavoisier. In: Philosophical Magazine. Band 9, 1801, S. 78–85.
  • A. L. Lavoisier.: Untersuchungen über das Wasser. Herausgegeben von Peter Buck. Mit einer Einleitung und Biografie von Hermann Klie. Franzbecker – Didaktischer Dienst, Bad Salzdetfurth 1983, ISBN 3-88120-050-9 (Reihe Reprinta Historica Didactica 4).
  • Josef Lehmkuhl: Ha-Zwei-O und seine phantastische Reise mit Dichtern und Denkern in die Welt der Chemie. Königshausen & Neumann, Würzburg 2006, ISBN 3-8260-3481-3.
  • E. Ashworth Underwood: Lavoisier and the history of respiration. In: Proceedings of the Royal Society of Medicine. Band 37, 1943, S. 247–262 (Pdf).

Einzelnachweise

  1. Genealogie der Eltern
  2. Bret, Patrice: Lavoisier à la régie des poudres : Le savant, le financier, l'administrateur et le pédagogue. Secrétaire général du Comité Lavoisier de l’Académie des Sciences. Text über seine administrative Bedeutung in französischer Sprache (PDF)
  3. a b c d e f g h i Günther Bugge: Das Buch Der Grossen Chemiker, Band I, Artikel Max Speter: Lavoisier, Verlag Chemie, Weinheim 1974, S. 304, ISBN 3-527-25021-2
  4. http://www.uni-bielefeld.de/philosophie/personen/carrier/Lavoisier%20und%20die%20Chemische%20Revolution.pdf
  5. Hans Joachim Störig: Kleine Weltgeschichte der Wissenschaften, Band 1, S. 410 Fischer Taschenbuch Verlag, 1280-ISBN-3-26398-0
  6. A Brief History of the Study of Gas Chemistry (englisch) (PDF). mattson.creighton.edu. Abgerufen am 11. November 2011.
  7. Jean-Pierre Poirier: Lavoisier: Chemist, Biologist, Economist, University of Pennsylvania Press 1996, ISBN 0-8122-1649-0, S. 379.
  8. Büste im Deutschen Museum
  9. Lavoisiers Labor

Weblinks

 Commons: Antoine-Laurent de Lavoisier – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

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