Zsigmondy, Richard Adolf#

* 1. 4. 1865, Wien

† 23. 9. 1929, Göttingen

Chemiker
Nobelpreisträger

Richard Zsigmondy. Foto
© Bildarchiv d. ÖNB, Wien, für AEIOU

Richard Adolf Zsigmondy wurde am 1. April 1865 als Sohn eines Primararztes in Wien geboren.

Er absolvierte die Oberrealschule, durfte sich zu Hause ein eigenes kleines Laboratorium einrichten, wo er allerlei chemische und physikalische Experimente machte. Er begann 1883 ein Studium der technischen Chemie an der k.k. Technischen Hochschule in Wien, wo er 1885 die 1. Staatsprüfung ablegte; 1887 wechselte er an die Universität München, wo er 1889 promovierte und Privatassistent wurde. Von 1890 bis 1892 war er Assisten in Berlin und von 1893 bis 1897 Assistent an der Technischen Hochschule in Graz, wo er sich habilitierte.

Damals beschäftigte er sich (auf der Suche nach Glasfärbemitteln) bereits mit dem Goldrubinglas und keramischen Farben. Von 1897 bis 1900 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter bei den Glaswerken Schott in Jena, wo er eine Anzahl gefärbter Gläser sowie das berühmt gewordene Jenaer Milchglas entwickelte und mehrere technische Patente erwarb.

Von 1900 bis 1907 lebte er als Privatgelehrter in Jena, 1907 zog er sich mit seiner Familie auf seinen Besitz bei Trient zurück.

In die Jenaer Zeit fielen seine ersten grundlegenden Arbeiten auf dem Gebiet der Kolloidchemie. Zsigmondy konstruierte mit dem Physiker H. F. W. Siedentopf ein Ultramikroskop, das auf dem Dunkelfeldprinzip beruhte. Das verbesserte Immersions-Ultramikroskop konnte 1913 schon Partikel von einer Größe von 1 Millionstel Millimeter sichtbar machen.

Von 1908 bis 1929 war er Universitätsprofessor und Direktor des Instituts für Anorganische Chemie in Göttingen.

1912 wurde bei der Göttinger Firma Rudolf Winkel, Optische und Mechanische Werkstätte (ab 1945: Firma Carl Zeiss, Werk Göttingen) ein "Verbessertes Immersions-Ultramikroskop nach Zsigmondy" patentiert.

In Göttingen waren seine Untersuchungen über die Klärung der Vorgänge bei der Koagulation von kolloiden Lösungen (dem Übergehen vom flüssigen in einen gallertartigen Zustand, dem Erstarren zu einem "Gel") bahnbrechend. 1918 erfand er den Membranfilter und den Ultrafeinfilter. Zsigmondys Forschungen waren für Biologie und Medizin von besonderer Bedeutung, da sich aus ihnen ergab, dass das Protoplasma alle Merkmale und Veränderungen von kolloiden Lösungen aufweist.

1925 wurde ihm der Nobelpreis für Chemie verliehen - "für seinen Nachweis der heterogenen Natur kolloider Lösungen und für die von ihm angewandten Methoden, die seitdem grundlegend für die moderne Kolloidchemie sind".

Richard Zsigmondy starb am 23. September 1929 in Göttingen, wo er auf dem Stadtfriedhof begraben ist

Text aus dem Buch "Österreichs Nobelpreisträger", Hg. F.G. Smekal, Wilhelm Frick Verlag, 1961#

Leben und Arbeit

Der Chemiepreis des Jahres 1925, dessen Zuerkennung man erst in der entscheidenden Sitzung des schwedischen Nobelkomitees vom 11. November 1926 beschlossen hatte, wurde dem Professor an der Universität Göttingen und Direktor des dortigen Instituts für anorganische Chemie, Richard Zsigmondy, „für den Nachweis der heterogenen Natur der kolloiden Lösungen und für die dabei angewandten Methoden, die für die moderne Kolloidchemie grundlegend sind“, verliehen.

Auch heute noch kann sich der Nichtwissenschaftler unter dem Ausdruck Kolloidchemie kaum etwas vorstellen. Dies ist bezeichnend für das Dasein im Schatten, das dieses Zwischenreich zwischen Chemie und Physik im Bewusstsein der Öffentlichkeit noch weitgehend führt. Und doch gehören so alltägliche, den Menschen seit Jahrtausenden vertraute Substanzen wie die Milch oder das Blut dem Bereich kolloider Lösungen an. Ja, die Lebensvorgänge selbst, wie sie in der Welt der Materie in Erscheinung treten, sind an ein kolloidales Medium gebunden das Protoplasma. Bevor Zsigmondy mit seinen grundlegenden Untersuchungen hervortrat, blieb die wahre Natur solcher Substanzen, die aus ihrem flüssigen Zustand unter Umständen zu einer gallertartigen Masse werden konnten (wie zum Beispiel saure Milch, erstarrtes Blut usw.), unerklärt.

Begriffsbestimmung
Was ist denn also ein Kolloid wirklich? Nachdem um die Mitte des neunzehnten Jahrhunderts Forscher wie der Botaniker Nägeli oder der Zoologe Bütschli, der Physiker Quinke und der Chemiker Selmi derartige Stoffe, wie zum Beispiel die Stärke, beschrieben hatten, ohne noch einen gemeinsamen Namen dafür zu finden, brachten die Untersuchungen des Engländers Graham in den Jahren 1861 und 1864 die erste fundamentale Klärung.

Er teilte die von ihm untersuchten Lösungen in zwei Gruppen ein: in solche, bei denen sich beim Verdunsten der Flüssigkeit Kristalle bildeten, und solche, die pulvrige oder bröckelige Rückstände hinterließen. Die ersteren gingen auch rasch und ohne Schwierigkeiten durch Membranen (wie etwa durch Pergament oder eine Schweinsblase) hindurch. Er nannte diese Gruppe die "Kristalloide".

Die anderen gingen nur äußerst schwer oder meist überhaupt nicht durch solche Membranen hindurch. Diese nannte er "Kolloide" (vom griechischen Wort für Leim). Zu dieser letzteren Gruppe gehören außer dem Leim unter anderem auch Eiweiß und Gummi. Graham glaubte, zwei verschiedene Welten der Materie entdeckt zu haben. Von ihm stammen auch die weiterhin gültigen Wortprägungen, wie Hydrosol für die wässrige kolloide Lösung und Hydrogel für die daraus entstehende Gallerte.
Differierende Fachmeinungen
Die Auffassung Grahams blieb nicht unwidersprochen und bald meldeten sich Stimmen, die nicht an die Tatsache zweier verschiedener Stoffwelten glaubten. Aus verschiedenen Beobachtungen hegte man die Ansicht, dass die Kolloide gar keine chemischen Verbindungen wie die Kristalloide seien. Letztere sind strukturell gleichförmig, also homogen. Von den Kolloiden glaubte man, annehmen zu müssen, dass sie Partikel verschiedener Größenordnung, jedenfalls größere als die Moleküle der Kristalloide, enthielten und damit strukturell heterogen seien. Danach würden, so vermutete man, "Kristalloide" und "Kolloide" nicht zwei verschiedene Stoffwelten, sondern nur zwei verschiedene Lösungszustände von Stoffen bedeuten.
Eine Entscheidung darüber, welche Ansicht richtig sei, war noch nicht gefallen, da man keine Untersuchungsmöglichkeit sah, um die vermuteten Partikel zu studieren. Mit den damals üblichen normalen Mikroskopen sah man sie jedenfalls nicht. Außerdem war man in jenen Tagen mit den neuen Theorien und Entdeckungen auf dem Gebiet der Moleküle und Atome eifrigst beschäftigt, sodass die Frage nach dem Wesen der Kolloide als zweitrangig angesehen wurde und in den Hintergrund trat. Dies war der Stand der Forschung zum Zeitpunkt, da Zsigmondy seine Untersuchungen auf diesem Gebiet aufnahm.

Biografisches

Als Sohn des Wiener Primararztes und Dozenten für Zahnheilkunde Dr. Adolf Zsigmondy und von Irma, geb. Szakmary, am 1. April 1865 in Wien geboren, hatte Richard Zsigmondy außer einer früh verstorbenen Schwester noch drei später ebenfalls in Wien sehr bekannt gewordene Brüder. Die beiden älteren, der eine Arzt, der andere Zahnarzt, waren stadtbekannte Bergsteiger und Hochalpinisten, der jüngere machte sich als Professor für Mathematik an der Wiener Technischen Hochschule einen Namen.

Richard Zsigmondy absolvierte die Oberrealschule in der Josefstadt, wo er bereits eine große Neigung für die Fächer Chemie und Physik zeigte. Er richtete sich ein eigenes kleines Laboratorium ein, wo er noch als Knabe in den Ferien begeistert allerlei chemische und physikalische Experimente machte. Dabei ereigneten sich, wie er später gern erzählte, öfters kleinere Explosionen, die ihn aber nicht von seinen Versuchen abhielten, selbst dann nicht, als ihm einmal ungezählte winzige Glassplitter einer explodierten Eprouvette das Gesicht verletzten. Die Fortsetzung der Experimente war möglich geworden, weil ihn seine geduldige – und übrigens literarisch hoch gebildete – Mutter gewähren ließ. Er hatte nämlich schon mit fünfzehn Jahren den Vater durch den Tod verloren.

Der junge Mann erwarb dann bei Hofrat E. Ludwig, einem Schüler des berühmten Bunsen, an der Wiener Universität seine ersten wissenschaftlich fundierten Anfangsgründe der quantitativen Analyse, ging aber noch 1883 an die Wiener Technische Hochschule, wo er bis 1887 Chemie studierte. Er trat dann an die Münchner Technische Hochschule über, wo er bei Professor W. von Miller organische Chemie hörte. 1889 promovierte er zum Doktor der Philosophie an der Universität Erlangen und wurde anschließend eine Zeit lang Privatassistent bei Miller. Hierauf ging er nach Berlin, wo er bis 1893 als Privatassistent des Physikers Kundt arbeitete. Diese doppelte Ausbildung und Praxis als Chemiker und Physiker sollte ihm später bei seinen Arbeiten sehr zustatten kommen.

Schwerpunkt: Glaskunde

Bereits damals stellten zwei Arbeiten Zsigmondys über Diathermanität von Ferrosalzen und von Gläsern die erste Beziehung zu Doktor Schott, dem Leiter des glastechnischen Laboratoriums der weltberühmten Firma Schott & Genossen in Jena, her. Als Zsigmondy 1893 die venia legendi an der Grazer Technischen Hochschule erhielt und dort Unterrichtsassistent wurde, setzte er seine von Kundt angeregten Untersuchungen über die Ausarbeitung von Lüsterfarben für Glas und Porzellan fort.

Die dabei erzielten Erfolge veranlassten die Firma Schott, ihn im Jahre 1897 als Mitarbeiter in ihr Laboratorium nach Jena zu berufen. Dort arbeitete er drei Jahre lang. Während dieser Zeit als Mitarbeiter von Schott & Genossen errang Zsigmondy beachtenswerte technische Erfolge. Es gelang ihm, eine ganze Anzahl gefärbter Gläser sowie das berühmte Jenaer Milchglas zu entwickeln und herzustellen. Er erwarb mehrere technische Patente und genoss als wissenschaftlicher Glastechniker großes Ansehen.

Weniger Anerkennung fand er jedoch zunächst mit seinen anderen rein wissenschaftlichen Entdeckungen, die ihm im Zuge seiner Beschäftigung mit glastechnischen Fragen und der damit verbundenen Versuche auf dem Gebiete der Kolloide bereits damals gelungen waren. Wie er dazu gekommen war, schilderte er selbst später in seiner aus Anlass der Nobelpreis Verleihung verfassten kurzen Biographie sowie in seinem Nobel-Vortrag, den er am 11. Dezember 1926 in Stockholm hielt.

Schon in Graz hatte er sich auf der Suche nach Glasfärbemitteln „mit dem Goldrubinglas und gewissen keramischen Farben“ befasst, „denen im Prinzip feinste Goldzerteilungen zu Grunde liegen. Es erschien mir“, erzählte er, „besonders auffällig, dass die Wirkung einander sehr nahe stehender chemischer Verbindungen auf Entstehung und Aussehen dieser Farben fundamental verschieden sein konnte.“ Wir hören, dass zum Beispiel „Gold mit Wismutoxyd je nach der Temperatur rote oder blaue Farben gab. Chemische Analogie war also für die Farbe des feinteiligen Goldes nicht bestimmend …“

Diese Beobachtungen erschienen ihm umso merkwürdiger, „als Verbindungen mit völlig entgegengesetzten Eigenschaften häufig gleichartige Wirkungen auf die Farben des feinst zerteilten (kolloiden) Goldes verursachten. Diese Befunde waren mit den bisherigen Erfahrungen der Chemie nicht in Einklang zu bringen. Demgemäß suchte ich diese Erscheinungen auf einem anderen als dem rein chemischen Wege zu ergründen.“ Abschließend erklärte er dann: „Diese und mehrere andere Ergebnisse führten mich zur Kolloidchemie.“

Der Drang des echten Forschers nach Aufklärung dieser noch reichlich unverständlichen Vorgänge ließ ihn nicht ruhen. Die rein technische Beschäftigung bei Schott konnte ihn auf die Dauer nicht befriedigen, zumal sie ihm nicht genügend Zeit ließ, den gewünschten Forschungen intensiv genug nachzugehen. So verließ er im Jahre 1900 die Firma und lebte als Privatgelehrter in Jena. Dort heiratete er auch 1903 die Tochter eines Jenaer Universitätsprofessors.

Erste Forschungen an Kolloiden

In diese Jenaer Jahre fallen seine ersten grundlegenden Entdeckungen auf dem Gebiete der Kolloidchemie. Als erstes Objekt der Untersuchung wählte er den zur Färbung von feinen Porzellanen verwendeten so genannten Cassius’schen Goldpurpur. Dieser war im Jahre 1663 von dem Holländer Cassius in Leyden bei Experimenten mit Zinn und Gold erhalten worden. Noch der große schwedische Chemiker Berzelius hatte ihn als chemische Verbindung zwischen den beiden Metallsalzen erklärt. Andere Chemiker hielten ihn jedoch nur für ein Gemisch von fein zerteiltem Gold und Zinnsäure. Zsigmondy begann planmäßig zu untersuchen, welche Ansicht richtig sei.

Dabei ging er von der Erwägung aus, dass man, falls die zweite Meinung zuträfe, diesen Goldpurpur gewinnen müsste, wenn es gelänge, eine Synthese von feinstzerteiltem metallischen Gold mit Zinnsäure herzustellen. Zunächst probierte er verschiedene Methoden, um feinstzerteiltes Gold zu erhalten. Die von dem englischen Chemiker Faraday entwickelte Methode war ihm nicht bekannt. Dies gereichte der Wissenschaft zum Vorteil, denn dadurch entdeckte er ein ganz neues Verfahren. Er brachte Goldchlorid mit Formaldehyd in Verbindung und gewann ein reines, hochrotes kolloides Gold. Die Flüssigkeit sah wie purer Rotwein aus. Als nächsten Schritt versuchte er die angestrebte Synthese mit Zinnsäure. Auch das gelang, und Zsigmondy hatte den schönsten ,,Cassius’schen“ Goldpurpur gewonnen.

Gleichzeitig war er um eine Erfahrung reicher. „Ein kolloides Gemenge kann unter Umständen sich wie eine chemische Verbindung verhalten und hat eine solche schon öfter vorgetäuscht“ – mit Erfolg vorgetäuscht, wie der Irrtum Berzelius’ und anderer zeigte. Für Zsigmondy dagegen war es nun klar, dass die beiden ursprünglichen Stoffe bei der Mischung keine chemische Verbindung eingegangen waren und keine chemische Umwandlung erfahren hatten. Sie waren nur in einen anderen Zerteilungszustand übergeführt worden. Damit war aber auch Grahams Behauptung zweier verschiedener Stoffwelten, an die er nicht hatte glauben können, erledigt. Gold, das Grahams Einteilung nach als Metall zu den Kristalloiden gerechnet werden musste, war in kolloidem Zustand aufgetreten. Zsigmondy aber konnte auf Grund seiner Entdeckung später feststellen: „Das Wort Kolloid bedeutet heute nicht mehr eine leimähnliche Substanz oder deren Lösung, sondern fein verteilte Materie.“ Damit hatte er den Grundstein zum Gebäude der modernen Kolloidchemie gelegt.

Zunächst war dies allerdings nur dem Forscher selbst klar. Schon als er 1898 auf der Hauptversammlung der deutschen Elektrochemischen Gesellschaft in Leipzig seinen ersten Vortrag über kolloides Gold gehalten hatte, war er auf erhebliche Skepsis gestoßen. Es entwickelten sich daraus hitzige Diskussionen in der Fachwelt. Eine Reihe von Fachgenossen griffen Zsigmondy heftig an, und man begegnete seiner Auffassung mit Ablehnung, ja auch mit Nichtachtung und sogar Spott. Er selbst ließ sich aber dadurch nicht in seiner Überzeugung beirren, sondern suchte nach einer Möglichkeit, um das, was ihm Gewissheit war, auch überzeugend beweisen zu können. Wenn der von ihm produzierte Goldpurpur keine homogene chemische Verbindung aus einheitlichen Molekülen, sondern ein Gemenge von Zinnsäure und feinst zerteiltem Gold war, so müsste er einen Weg zu finden trachten, diese feinst zerteilten Goldteilchen sichtbar nachweisen zu können.

Das Dunkelfeld-Mikroskop

Im normalen Mikroskop hatten ihm die Beobachtungen nach der Methode mit dem so genannten Faraday Tyndall’schen Lichtkegel Anzeichen dafür gebracht, dass seine Goldlösung allerfeinste Goldteilchen enthalten müsse. Wenn er diese Methode also weiterentwickelte und es ihm gelänge, „die mikroskopische Betrachtung des Lichtkegels bis zur höchsten Vollkommenheit auszubauen“, könnte der Nachweis vielleicht erreicht werden. Da schien ihm eine ganz alltägliche, jedem Menschen bekannte Erscheinung die Lösung des Problems zu versprechen: Wenn ein Sonnenstrahl durch eine ganz schmale Lichtöffnung in ein dunkles Zimmer fällt, so werden im Bereich dieses Lichtstrahles unzählige Staubteilchen sichtbar. Die Lichtstrahlen werden durch die winzigen Stäubchen abgebeugt, wodurch um die Staubteilchen eine Lichtscheibe entsteht, die größer ist als das Teilchen. Dieses wird dadurch sichtbar, zumal es sich von der umgebenden Dunkelheit abhebt.

Die Ursache dieser Erscheinung auf die Beobachtung im Mikroskop anzuwenden, war die genial einfache Idee, welche Zsigmondy weiterhalf. Zusammen mit dem Physiker Siedentopf von den Zeiss-Werken in Jena entwickelte er ein Ultramikroskop, das auf dem Dunkelfeldprinzip beruht. Die intensiv beleuchtete kolloide Lösung wird darin von der Seite her, das heißt senkrecht zur Achse des einfallenden Lichtbündels, betrachtet. Dadurch werden Partikel, die im gewöhnlichen Mikroskop wegen ihrer Kleinheit unsichtbar bleiben, sichtbar gemacht. In der bisher als „leer“ – also homogen – erscheinenden wässrigen kolloiden Goldlösung zeigten sich nun die allerfeinst verteilten Goldpartikel. Der Nachweis, dass Kolloide heterogene Gemenge seien, war gelungen.

Die ersten Ergebnisse der neuen Arbeitsmethode wurden bereits 1902 in Würzburg auf der Versammlung der Deutschen Elektrochemischen Gesellschaft vorgetragen. Die erste ausführliche Mitteilung über das Ultramikroskop, welches 1913 durch Zsigmondy noch weiter zu dem so genannten Immersions-Ultramikroskop verbessert wurde, erfolgte 1905. Mit dem neuen Mikroskop konnten Partikel von einer „Größe“ von nur ein Millionstel Millimeter dem Auge sichtbar gemacht werden. Die Leistungsfähigkeit gegenüber dem gewöhnlichen Mikroskop war damit um das Hundertfache gesteigert. Man war jetzt bis an die Größenordnung der Moleküle vorgestoßen. Diese selbst sowie die Atome sichtbar zu machen, gelang erst nach 1930 durch das Elektronenmikroskop.

Zsigmondy hatte sich und der Kolloidforschung durch das Ultramikroskop das Werkzeug geschaffen, mit dem der Weg der Aufklärung dieses Gebietes der Chemie überhaupt erst erfolgreich beschritten werden konnte. Sofort wandte er sich wieder dem Studium seiner Goldlösungen zu. Es gelang ihm, verschiedene Goldkolloide in wechselnder Feinverteilung herzustellen. Darunter waren solche, die auch im Ultramikroskop zunächst als „leer” erschienen, weil die Partikel sogar unter diese Größengrenze fielen. Er ging dann daran, eine Verfahrensweise zur quantitativen Größenbestimmung der Partikel zu entwickeln. Dazu wurde ein kleiner Raumteil der kolloiden Lösung optisch unter dem Mikroskop abgegrenzt und die Anzahl der Partikel gezählt. Wenn nun die Massenkonzentration des Kolloids bekannt war, erhielt man die Masse der Partikel. Daraus kann man unter der Annahme normalen spezifischen Gewichtes und etwas sphärischer Gestalt der Teilchen die Größe berechnen.

Systematisierung

Auf diese Weise erstellte Zsigmondy ein System dreier Größenordnungen für die Zerteilung eines Stoffes in irgendeinem Lösungsmittel. Unter Lösungsmittel ist dabei nicht unbedingt eine Flüssigkeit zu verstehen Es gibt auch Kolloide „gelöst” in festen Stoffen. Hierher gehören zum Beispiel die Edelsteine und Opale. Die mit dem normalen Mikroskop sichtbaren Teilchen nannte er Mikronen. Solche Teilchen bis zu einer Größe von einem Zehntausendstel Millimeter findet man zum Beispiel in Emulsionen (Mischung verschiedener Flüssigkeiten) und Suspensionen (Mischung von Flüssigem mit Festem).

Die nächste Kategorie, die bei echten Kolloiden vorkommt, enthält Teilchen zwischen einem Zehntausendstel bis zu einem Millionstel Millimeter. Diese heißen Ultramikronen. Noch kleinere Partikel, die mit den zu seiner Zeit bekannten Hilfsmitteln überhaupt nicht sichtbar gemacht wurden, bezeichnete er als Amikronen. Diese führten bereits hinein in die Größenordnung der Moleküle und Atome. Sie finden sich in echten Lösungen von Chemikalien in Flüssigkeiten, wie etwa der Salze in Wasser.

Er sah auch, dass man es bei verschiedenen Lösungen meist mit Übergängen zu tun hat und sich kaum irgendwo ganz klare Grenzen ziehen lassen. Das beste Beispiel dafür war ihm die Milch, die ein Gemenge von Lösungen aller drei Kategorien darstellt: Die Fetttröpfchen gehören der Größenordnung der Mikrone an, die Eiweißstoffe in der Milch sind Ultramikronen und der Anteil an in der Milch gelöstem Zucker und Salzen vertritt die Gruppe der Amikronen in Gestalt von echten Molekülen.

Die mit Hilfe seines Ultramikroskops gewonnenen neuen Einsichten spornten den Forscher an, immer weiter in das Reich der Kolloide einzudringen. Er widmete sich daher auch dem Studium der nach ihrem Entdecker als ,,Brownsche Bewegung“ bezeichneten Erscheinung der dauernden Bewegung mikroskopisch kleiner Teilchen in einem Lösungsmittel von geringer Zähigkeit. Da Brown Biologe gewesen war, blieb seine Beobachtung des Jahres 1828 in ihrer Bedeutung für die Erkenntnisse der Physik lange Zeit unbeachtet. Die Physiker wiederum hatten theoretisch angenommen, dass der Druck, den Gase auf die Wände ihres Behälters ausüben, sowie ihre Neigung, sich zu „verflüchtigen“, durch die dauernd in herumwirbelnder Bewegung befindlichen und aneinander anstoßenden Gasmoleküle verursacht werde.

Als Zsigmondy nun den Nachweis führte, dass die so genannte Brownsche Bewegung nicht nur bei den Teilchen mikroskopischer Größenordnung, sondern auch bei den ultramikroskopischen Partikeln zu beobachten sei, verhalf er damit der Ansicht des Physikers O. Wiener zum Siege. Dieser hatte bereits die Meinung geäußert, dass die Brownsche Bewegung mit der thermischen Molekularbewegung zusammenhänge. Da andererseits nach Zsigmondy die Teilchen der kolloiden Lösungen zwar größer als Moleküle waren, jedoch meist als Aggregate von Molekülen anzusehen sind, unterliegen sie auch denselben Gesetzen wie die Moleküle. Umgekehrt war wieder der Schluss berechtigt, dass mit der an den Ultramikronen beobachteten Bewegung auch die vorerst nur hypothetisch angenommene thermodynamische Molekularbewegung bewiesen sei.

Da dem Forscher auch die Herstellung kolloider Goldlösungen gelungen war, die im Ultramikroskop optisch „leer“ erschienen, ruhte er nicht, bis er einen Weg fand, auch für diese Goldlösungen ihre Kolloidnatur nachzuweisen. Durch die Erfindung und Entwicklung der so genannten „Kleinmethode“ machte er auch die im Ultramikroskop zunächst nicht sichtbaren Teilchen der wissenschaftlichen Beobachtung zugänglich. Dies erreichte er dadurch, dass er feinkörniges Gold in eine reduzierende Lösung einbrachte, aus der sich das metallische Gold langsam abscheidet. Dieses setzt sich nun auf den unsichtbaren kolloiden Goldpartikeln ab, so dass diese – wie „Keime“ wirkend – immer mehr Gold anreichern und dadurch an Größe zunehmen, bis sie schließlich im Ultramikroskop sichtbar werden. Damit war es möglich geworden, die Partikelgröße und daraus den Grad der Heterogenität sämtlicher Goldkolloide zu bestimmen. Selbstverständlich konnte die Methode auch auf andere Metalle angewendet werden, was später auch geschah. Eine ganze Reihe von Untersuchungen über allgemeine Gesetzmäßigkeiten der Kolloide sind durch die Keimmethode erst möglich geworden.

Öffentliche Resonanz

In Jena, wo Zsigmondy bis 1907 lebte, begann er auch seine zuerst in Einzelabhandlungen verstreut veröffentlichten Erfahrungen in Büchern zusammenzufassen. So erschien 1905 das Werk "Zur Erkenntnis der Kolloide", dem 1907 die "Kolloidchemie mit besonderer Berücksichtigung der anorganischen Kolloide" folgte. Es wurden dabei auch bisher noch unveröffentlichte Beobachtungen und Auffassungen erstmalig der Öffentlichkeit vorgelegt, so vor allem die Unterscheidung von Primär- und Sekundärteilchen, über die noch zu sprechen sein wird.

Die Fachwelt blieb von den klaren und überzeugenden Ausführungen des Forschers nicht länger unbeeindruckt. Man konnte sich seinen Argumenten nicht mehr verschließen. Die Universität Göttingen, das Zentrum deutscher naturwissenschaftlicher Forschung und Lehre schlechthin, bot ihm als erste Lehrstuhl und Institut an. Zsigmondy, der sich mit seiner Familie auf seinen Landsitz in Terlago bei Trient in Südtirol zurückgezogen hatte, folgte Anfang 1908 zunächst als Extraordinarius dieser Berufung und übersiedelte nach Göttingen. Er blieb dieser Universität, wo er als Direktor des Instituts für anorganische Chemie und von 1919 an als Ordinarius wirkte, bis zu seinem Tode im Jahre 1929 treu.

Rasch sammelte er in Göttingen eine große Zahl von Schülern und Mitarbeitern um sich. Der Kreis der an der Kolloidforschung Teilnehmenden wuchs unter seiner Anleitung immer mehr an, und bald waren auch so bedeutende Gelehrte wie Svedberg, van Bemmelen und in Deutschland selbst Scherrer und Wolfgang Ostwald, der Sohn des großen Wilhelm Ostwald, Anhänger und Weggenossen Zsigmondys. Dieser entfaltete in seinem neuen Institut sofort eine umfassende Experimentiertätigkeit, um seine Untersuchungen der vielen noch zu klärenden Fragen voranzutreiben.

Die Monografie zur "Kolloidchemie"

Die Ergebnisse und Erfahrungen legte er in dem Buch "Kolloidchemie" nieder, das 1912 in erster Auflage erschien. Meisterliche Sprache, wissenschaftliche Leistung und klarer Aufbau brachten dem Werk den verdienten Erfolg, der sich bereits darin zeigte, dass 1918, 1920 und 1922 neue Auflagen nötig wurden. Die von Zsigmondy dann völlig umgearbeitete und auf neuesten Stand gebrachte zweibändige fünfte Auflage kam in den Jahren 1925 und 1927 heraus und wurde zum Standardlehrbuch der Kolloidchemie.

Der an kolloiden Lösungen zu beobachtenden Erscheinung, dass sie unter gewissen Umständen aus dem flüssigen in einen festen Aggregatzustand übergehen können, galten weitere Untersuchungen im Göttinger Institut. Dieses Phänomen ist jedermann bei der Milch als „Gerinnung” wohlbekannt. Wird eine kolloide Lösung etwa durch Wasserentzug immer konzentrierter gemacht, so wird sie zu einer geleeartigen oder gallertigen Masse, sie ,,koaguliert“. In anderen Lösungen dieser Art jedoch zeigt sich die Koagulierung oder Peptisation auf folgende Art: die festen Bestandteile trennen sich plötzlich von dem Lösungsmittel und „fallen aus“, das heißt, sie sinken zu Boden. Die Erscheinung der Koagulation tritt aber auch ein, wenn organische Kolloidlösungen, etwa solche mit Eiweiß, mit Salzen oder Säuren – das heißt mit einem Elektrolyten – versetzt werden: sie nehmen halbfeste Form an, sie erstarren zu einem „Gel“. Dieser Erscheinung entsprechende, wenn auch nicht völlig gleichartige Verhältnisse treten auch bei Metallkolloiden auf.

Zsigmondys Arbeiten wurden bahnbrechend für die restlose Klärung der Vorgänge bei der Koagulation. Die Erklärung liegt nicht so sehr auf chemischem als vielmehr auf physikalischem Gebiet. Er wies nach, dass die Goldteilchen in kolloiden Lösungen negativ geladen sind. Durch Einführung eines Elektrolyten, also etwa durch Zusatz von Salzen, wird den Teilchen ihre elektrische Ladung entzogen. Darauf vereinigen sich die Primärteilchen zu kleineren oder größeren Aggregaten. Die Lösung koaguliert, das heißt, ihre Teilchen nehmen an Zahl ab, aber an Größe zu. Als nun dabei ein Farbenumschlag von rot nach blau beobachtet wurde, war es klar geworden, dass die Färbung vor allem von der Teilchengröße abhängt.

Außerdem ergaben sich je nach Konzentration des Elektrolyten verschiedene Geschwindigkeiten des Koagulationsvorganges. Bei steigender Konzentration nahm die Geschwindigkeit zu, bis sie einen bestimmten Wert, den so genannten Schwellenwert, erreichte, von dem an sie gleich blieb. Zsigmondy, der dabei sofort gewisse Grundgedanken hinsichtlich der Gesetzmäßigkeit äußerte, bat den Physiker Smoluchowski, diese präzise zu formulieren. Smoluchowski vertiefte sich gedanklich in das Problem und entwickelte die mathematische Koagulationstheorie, für die er ganz bestimmte Formeln aufstellte. Von Zsigmondy und seinen Schülern wurden diese daraufhin durch Versuchsreihen praktisch bestätigt und ihre Allgemeingültigkeit nachgewiesen.

Untersuchungen an Gelen

Es lag nahe, die Untersuchungen über die Konstitution der Sole nun auf die Struktur der Gele auszudehnen. Seit 1911 beschäftigte der Gelehrte sich mit dieser Frage und gelangte zu grundlegenden Feststellungen, wenn auch eine einheitliche, völlig befriedigende und restlose Aufklärung aller damit zusammenhängenden Probleme hier bis heute noch nicht erreicht wurde. Auf jeden Fall aber konnte er Bütschlis Annahme einer Wabenstruktur der Gele widerlegen. Er wies nach, dass die Gele aus Amikronen entweder körnig zusammengesetzt und von Hohlräumen durchzogen sind oder aus einem Netzwerk feinster Fäden bestehen. Diese Struktur erklärt die große Plastizität und Elastizität solcher gallertartiger Kolloidkörper.

Ein besonders charakteristisches Beispiel dafür ist der Glaskörper des menschlichen Auges, der aus einem Gewirr von feinsten Eiweißfäden besteht. Die Kolloidteilchen in den Lösungen wieder erwiesen sich als meist länglich ausgebildete Stäbchen, Lamellen, Fäden oder Blättchen. Aus welchen Gründen jedoch bei einigen Gelen eine Rückverwandlung in die kolloide Ausgangslösung nicht möglich ist, – selbst wenn das ursprüngliche Lösungsmittel wieder zugeführt wird und dem Anschein nach auch alle sonstigen Voraussetzungen gegeben sind –, konnte von Zsigmondy nicht völlig befriedigend geklärt werden.

Dort, wo sich Hydrogel in ein Hydrosol rückverwandeln lässt, konnte Zsigmondy den Vorgangsmechanismus erklären: Unter dem Einfluss des peptisierenden Elektrolyten erfolgt wieder eine Aufladung der koagulierten Teilchen, bis diese sich dadurch aus der Koagulation wieder lösen und sich in der umgebenden Flüssigkeit nun als Sekundärteilchen gleichmäßig verteilen. Auch mit Hilfe der Kapillarwirkung der vorhin erwähnten Hohlräume in der Gelstruktur konnte der Forscher einige der merkwürdigen Erscheinungen bei der Wässerung und Entwässerung der Gele rein physikalisch erklären.

Auszeichnungen

Schon zu seinem fünfzigsten Geburtstag mitten im Krieg im Jahre 1915 war Zsigmondy gefeiert worden. Nach dem Kriege häuften sich nun die lang verdienten Anerkennungen, Ehrungen und Auszeichnungen. Die Technische Hochschule in Wien machte ihn zum Doktor Ingenieur ehrenhalber, die Universität Königsberg verlieh ihm das Ehrendoktorat der Medizin, die Grazer Technische Hochschule ernannte ihn zum Ehrendoktor der Technik, die Wiener Akademie der Wissenschaften wählte ihn 1924 zu ihrem korrespondierenden Mitglied im Ausland. Die Akademien, beziehungsweise wissenschaftlichen Gesellschaften von Göttingen, Uppsala, Zaragoza, Valencia und Harlem machten ihn zu ihrem Mitglied. Schon 1923 hatte er den Laura-Leonard-Preis der Kolloid-Gesellschaft erhalten, deren Vorstandsrat er angehörte.

Zu seinem sechzigsten Geburtstag im Jahre 1925 erreichten ihn Glückwünsche aus aller Welt. Das Jahr 1926 brachte dann rückwirkend für 1925 die Verleihung des Nobelpreises. Dieser war ihm, wie Professor Söderbaum, Mitglied des Nobelkomitees und Sekretär der Schwedischen Akademie der Wissenschaften in seiner Würdigungsansprache hervorhob, in der Überzeugung zuerkannt worden, dass diese Auszeichnung nur die „Vollziehung des einstimmigen Urteils der gesamten wissenschaftlichen Welt” darstelle.

Die vorhin erwähnte Auszeichnung durch das Ehrendoktorat der medizinischen Fakultät der Universität Königsberg hatte ihre Begründung in einer ganz bestimmten Leistung Zsigmondys. Im Verlaufe seiner vielseitigen Untersuchungen über die Fällbarkeit kolloider Goldlösungen durch organische Flüssigkeiten sowie überhaupt das Verhalten von Goldlösungen gegenüber Eiweißstoffen hatte er den Einfluss hydrophiler Kolloide studiert. Dabei war ihm die quantitative Erfassung des Einflusses dieser so genannten Schutzkolloide gelungen. Sie konnten nun durch die Goldzahl gekennzeichnet werden. Außerdem hatte er sofort auf die Anwendbarkeit seiner Erkenntnisse auf diesem Gebiet für medizinische Zwecke hingewiesen. Darauf ging dann die so genannte Goldsole-Reaktion der Rückenmarksflüssigkeit zurück, die bei gewissen syphilitischen Erkrankungen angewendet wurde.

Weiterentwicklungen

Von den vielen weiteren Arbeiten Zsigmondys verdienen jene mit Scherrer an kolloidal gelöstem und metallischem Gold durchgeführten Untersuchungen über die Feinstruktur der Materie mit Hilfe der Röntgen-Spektroskopie hervorgehoben zu werden. Sie brachten wertvolle Aufschlüsse, die den Erkenntnissen der Kristallographie den Weg wiesen. Das von Graham entdeckte Verfahren zum Trennen gemischter Lösungen, die so genannte Dialyse, verbesserte Zsigmondy wesentlich durch den von ihm entwickelten Sterndialysator.

Der Ultrafiltration wieder brachte sein Membranfilter sowie besonders sein Ultrafeinfilter die entscheidende Verbesserung. Schließlich kennzeichnet auch seine Veröffentlichung der mit Jander zusammen durchgeführten Untersuchungen „Ober die technische Gasanalyse” (1920) die erstaunliche Vielseitigkeit und Produktivität dieses Forschers.

In den letzten Jahren seines Lebens, die den unermüdlichen Mann mit unvermindertem Fleiß an der Arbeit sahen, widmete er sich einer verdienstvollen Sichtung und Sammlung der Ergebnisse auf dem Gesamtgebiet „seiner” Wissenschaft. Der erste Band dieser ,,Kolloidchemie in Einzeldarstellungen“ brachte eine Monographie zu seinem Lieblingsthema: „Über das kolloide Gold“.

Ein weiterer Band, den sein Schwiegersohn, Erich Hückel, damals Dozent in Zürich, schrieb, brachte „Theorien der Adsorption”. Aber auch mit den durch van Bemmelen so benannten „Absorptionsverbindungen“ hat es eine besondere Bewandtnis. Sie nehmen eine Sonderstellung innerhalb der Kolloide ein, die weder durch eine physikalische Gleichung noch durch eine chemische Formel ausdrückbar ist. Es sind „Verbindungen“, bei denen eine so enge Vermischung kolloider Art eintritt, dass das Ergebnis eine feste Bindung der Komponenten, aber doch keine chemische Vereinigung ist. Kolloide dieser Art im Ackerboden der Erde ermöglichen überhaupt erst einen Pflanzenwuchs. Ohne sie und ihre Bindekraft würde das Regenwasser die für das Pflanzenwachstum erforderlichen Nährsalze rettungslos wegschwemmen.

Dies, zusammen mit der bereits erwähnten Tatsache, dass auch das Blut, die Milch, das Protoplasma Stoffe kolloider Natur darstellen, gibt uns eine Vorstellung, wie ungeheuer wichtig die Kolloide für alle Lebenserscheinungen auf unserem Planeten sind. Eine Aufzählung aller dem Reich der Kolloide angehöriger, für den Menschen und seine moderne Welt unerlässlicher Substanzen ist hier vollkommen unmöglich. Es mögen die wenigen Stichwörter Glas, Zement, Gummi, Öl, Wolle, Seide, Nylon, Perlon genügen. Wer muss da noch mehr hören, um zu verstehen: „Die Kolloidik ist zwangsläufig eine für jede naturwissenschaft1iche Disziplin unentbehrliche Wissenschaft!“

Unfassbar erscheint es uns heute, dass dieses so riesige und eminent wichtige Gebiet von der Forschung so lange links liegen gelassen wurde, – bis Zsigmondy den Weg fand und das Licht der Erkenntnis in das Dunkel trug. Wie stets bewahrheitete sich hier das Wort, dass im scheinbar Selbstverständlichen die größten Geheimnisse verborgen ruhen.

Als Richard Zsigmondy am 23. September 1929 infolge einer frühzeitigen Arteriosklerose unerwartet starb, hatte die Kolloidchemie ihren Meister verloren. Sein Werk aber ist wahrhaft unverlierbar.

Der biografische Text wurde dem Buch "Österreichs Nobelpreisträger" (1961, Hg. F. G. Smekal) aus dem Wilhelm Frick Verlag entnommen.

Sonderpostmarke 1979

Werke (Auswahl)#

Zur Erkenntnis der Kolloide, 1905
Kolloidchemie mit besonderer Berücksichtigung der anorganischen Kolloide, 1907
Kolloidchemie, 1912 (5. Auflage, 2 Teile, 1925/27)
Über die technische Gasanalyse, 1920 (mit F. Jander)
Über das kolloide Gold, 1925 (mit A. Thiessen)
Festschrift, 1925

Literatur#

F. G. Smekal, Österreichs Nobelpreisträger, 1961
W. Martin, Verzeichnis der Nobelpreisträger 1901-87, 1988
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Quellen#

Redaktion: J. Sallachner