Antoine Laurent de Lavoisier

Antoine Lavoisier

Unterschrift Lavoisiers

Antoine Laurent de Lavoisier (* 26. August 1743 in Paris; † 8. Mai 1794 ebenda) war ein französischer Chemiker, Rechtsanwalt, Hauptzollpächter und Leiter der französischen Pulververwaltung. Er gilt als einer der Väter der modernen Chemie, denn mit seinen Forschungen fand die Phlogistontheorie ihr Ende.^[1]

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^[2] und wohnten in Paris Cul-de-sac Pecquet (quartier des Blancs-Manteaux).^[3] Seine zwei Jahre jüngere Schwester war die Marie Marguerite Émilie Lavoisier (1745–1760).^[4] Nach dem frühen Tod der Mutter zog die Familie in das Haus der Großmutter mütterlicherseits, Jeanne Waroquier (* 1680).^[5] Es lag in der Rue de Four St. Eustache. Dort lebte Lavoisier bis zu seiner Heirat im Jahre 1771. Sein Vater war Anwalt am Parlement, dem obersten Gericht in Paris.

Studium und erste Experimente

Bereits in jungen Jahren interessierte sich Lavoisier für die Naturwissenschaften. Er besuchte ab 1754 das Collège Mazarin. Dort am Collège des Quatre Nations hörte er Vorlesungen des Chemikers Guillaume-François Rouelle, des Experimentalphysikers Jean-Antoine Nollet, des Mathematikers Nicolas Louis de Lacaille und des Botanikers Bernard de Jussieu. Durch Nicolas Louis de Lacaille wurde seine naturwissenschaftliche Begabung erst entdeckt und gefördert. Ab dem Jahre 1760 begann er auf Wunsch seines Vaters mit dem Jurastudium. 1764 promovierte er zum Doktor der Rechte und wurde in die Pariser Anwaltsliste immatrikuliert.

Mit Chemie beschäftigte er sich ab 1761 intensiver. So hörte er weitere Vorlesungen am Jardin du roi bei Guillaume-François Rouelle.^[3][6]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, Analyse du gypse (1765). Im Jahre 1768 wurde er dann in der Académie des sciences als Assistent der Chemie, chimiste-adjoint beschäftigt.

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.

Lavoisier und die Ferme générale

Was war die Ferme générale, die Organisation der Hauptzollpächter? Die Zahl der Hauptzollpächter, fermiers, war anfangs auf 40, ab 1775 dann auf 60 Personen begrenzt. Der Auftragnehmer, also der fermiers verpflichtet sich zur Zahlung an die Staatskasse in der Höhe der festgelegten Pacht und erhielt im Gegenzug einen Überschuss aus den Zolleinnahmen, so z.B. für den Handel mit Salz und Tabak. Für die Pacht etwa zwischen 1768 bis 1774 hatte die Ferme 90 Millionen Livres per anno zu zahlen. Somit musste ein Pächter 1,5 Millionen Livres vorstrecken.

Häufig verbargen sich hinter einem Ferme gleich mehrere Personen, die man als Gehilfen bezeichnete, um solch hohe Summen vorlegen zu können. Auch Lavoisier trat im Jahre 1768^[7]zunächst als Gehilfe des Fermiers François Baudon (* 1686)^[8] bei. Die ersten Tätigkeiten Lavoisiers in der Ferme générale bestanden in Inspektionsreisen, so hielt er sich einige Monate im Jahre 1768 in der Picardie auf. Im nächsten Jahre war er mit der Kontrolle der Tabakfabriken und Zollstellen im Norden Frankreichs beschäftigt. Sein Vorgesetzter war sein späterer Schwiegervater, an ihn wurden die Berichte adressiert.

Lavoisier war Initiator des 1784 begonnenen Baus der Mauer der Generalpächter, Mur des Fermiers généraux, deren Zweck es war, eine Einfuhrsteuer auf Waren nach Paris zu erheben. Die Fermiers généraux trieben königliche Abgaben und Zölle von den Untertanen ein und erhoben für ihren Aufwand zusätzlich noch einen Aufschlag auf die an die Krone abzuführenden Beträge. Im Laufe der Jahre in seiner Tätigkeit als Mitglied der Korporation der Steuerpächter, Ferme générale konnte Lavoisier ein großes Vermögen erwerben, aus dem er beträchtliche Summen für die Finanzierung seiner Forschungen einsetzte.

Lavoisier und die Académie française. Mitgliedschaften in verschiedene Reformgesellschaften

1768 wurde Lavoisier bereits mit 25 Jahren in den edlen Kreis der Wissenschaftler der Französischen Akademie, Académie française aufgenommen. Zwar erhielt er in der Wahl am 18. Mai 1768 die meisten Stimmen, jedoch wurde der Metallurge Antoine-Gabriel Jars vom Minister beim König empfohlen. Doch kurze Zeit später verstarb Gabriel Jars und Lavoisier konnte auf seine Position nachrücken.

Im Jahre 1782 wurde er Mitglied der Société royale de médecine, im Jahre 1783 Société royale d'agriculture und im Jahre 1785 in das Comité d'agriculture. Er führte Verbesserungen in der Landwirtschaft auch experimentell auf seinem Landgut in der Domaine de Fréchines bei Blois durch. So konnte er den Getreideertrag verdoppeln und die Ergebnisse der Viehhaltung verfünffachen.

Ereignisse zwischen 1771 und 1794

Lavoisier, damals 28 Jahre alt, heiratete am Mittwoch, den 4. Dezember 1771 die erst 13-jährige Anne Pierette Paulze, spätere Marie Lavoisier. Sie war die Tochter von Jacques Paulze (1723–1794)^[9] und Claudine Catherine Thoynet De Rozières († 1761).^[10] Als Generalsteuereinnehmer (Hauptzollpächter) im Agrarbereich fungierte Jacques Paulze als Vorgesetzter Lavoisiers in der Ferme générale. Außerdem war er Direktor der Französischen Ostindienkompanie Directeur de la Compagnie des Indes. Bei dieser zivilen Zeremonie wurde der Heiratsvertrag unterzeichnet, der zukünftigen Rechtsstand, Vermögensstand und finanzielles Dispositionsrecht regelte. Die kirchliche Trauung führte der Pfarrer von Saint-Roch am Montag, den 16. Dezember 1771 in der Rue Neuve des Petits Champs durch.

Das junge Ehepaar bezog ein Haus in der Rue Neuve des Bons Enfants^[3][11]das mit einem Garten umgeben war. Dieses Haus war ein Hochzeitsgeschenk des Vaters von Lavoisier, der sich auf ein Gut in der Nähe von Paris, in Le Bourget, zurückzog. Dort, in der Rue Neuve des Bons Enfants, war es ihnen beiden möglich, nun ein großes Laboratorium einzurichten, in dem seine Frau, die ebenfalls gerne experimentierte, unter anderem 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. 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

1. Experiment (préparation de l’expérience, heute: Versuchsbeschreibung)
2. Erfolg (effet, heute: Versuchsergebnis)
3. Betrachtungen (réflexions, heute: Schlußfolgerungen)^[12]

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.^[13] In seiner leitenden Funktion in der staatlichen Pulververwaltung war er in der Lage die Produktion erheblich zu steigern und erreichte hohe Einsparungen bei den Produktionskosten für das Ancien Régime. In dieser Zeit lernte er auch Eleuthère Irénée du Pont^[14] kennen.^[15] In der alten Pulvermühle in Corbeil-Essonnes arbeitete Eleuthère Irénée du Pont für Lavoisier als Chemikant. Die Pulvermühle schloss 1822.

Das Arsenal von Paris, Arsenal de Paris^[16] war ein ehemaliges Munitionsdepot und Lager für königlichen Kriegswaffen in Paris, armes de guerre royal parisien auf dem rechten Seineufer, gegenüber der östlichen Spitze der Île Louviers. Auch hier verfügte Lavoisier in seiner dortigen Dienstwohnung über ein gut ausgestattetes Laboratorium.

Seine systematische Trennung von Vermutungen/Spekulationen zu einer klar strukturierten gedanklichen Beweisführung gaben der wissenschaftlichen Chemie das nötige Rüstzeug für weitere Fortschritte. 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.

Tod 1794

Als Mitglied der Steuerpächter der Pariser Mauer, Mur des Fermiers généraux wurde er im November 1793 gemeinsam mit 28 Kollegen inhaftiert, als Erpresser und Steuereintreiber angeklagt und am Donnerstag den 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 (1762–1794) 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.^[17]

Naturwissenschaftliches Wirken

Sammlung von Gerätschaften aus dem Laboratorium von Lavoisier. Musée des Arts et Métiers Paris

Man kann Lavoisiers wissenschaftliche Schaffen in vier Phasen unterteilen:

• Zwischen 1772 und 1775 lag seine wissenschaftliche Aufmerksamkeit darauf, die Widersprüche bei den Phänomenen der Verbrennung und Verkalkung zur klären. Er erkannte im Jahre 1772, dass die Gewichtszunahme bei der Verkalkung etwa von Zinn und Blei durch die Aufnahme von "Luft" verursacht wird. Es waren die Arbeiten von Joseph Priestley und Joseph Black die er weiter entwickelte. Aber erst im November des Jahres 1774 gelang es ihm, diese "Luft" zurückzugewinnen. Im weiteren Verlauf seiner wissenschaftlichen Untersuchungen konnte er schließlich die verschiedenen Anteile der "Luft" so etwa fixe Luft, fixed air (CO₂) und "respirable Luft" (Sauerstoff) zu differenzieren. Was letztlich zur Infragestellung der Phlogistontheorie führte.
• Zwischen 1775 und 1778 entwickelte er eine Theorie der Säuren. Ferner erklärte er den Verbrennungsvorgang, wie zuvor die Verkalkung, als eine Aufnahme von Sauerstoff aus der Atmosphäre oder Luft. Außerdem beschäftigte er sich zum ersten Mal eingehend mit der Atmung. Hier griff er wahrscheinlich auch auf die Vorarbeiten von Stephen Hales^[18] (La Statique des végétaux. Paris (1735)^[19] zurück. Dieser beschäftigte sich u.a. in zahlreichen Versuchen mit Gasen, welche in verschiedenen Substanzen gebunden waren und die er durch erhitzen freisetzte, sogenannte fixed air ein Begriff von Joseph Priestley. Diese Versuche führten im Rahmen seiner Ventilations- bzw. Respirationsstudien wohl eher zur zufälligen Entdeckung des Kohlendioxids.
• Seine Analyse und Synthese des Wassers führte zur Widerlegung der Auffassung, dass Wasser ein Element sei. Dies erlaubte es ihm, grundlegende Reaktionen besser zu erklären als die Phlogistoniker.
• In der Zeit zwischen 1785 und 1789 wandte er seine Erkenntnisse auf die Phänomene der Gärung und Wachstum an.^[20]

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.^[12] 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.^[21] Mitouard nutzte weiter eine Herstellungsvorschrift von Andreas Sigismund Marggraf für Phosphor. Bei Verbrennung des roten Phosphors entstand eine Säure (Phosphorsäure),^[22] 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.^[12]

Lavoisiers Apparatur zur Zerlegung von rotem Quecksilberoxid. Das berühmte Phlogiston Experiment. Zeichnung von Mme Lavoisier (1780) aus demTraité élémentaire de chimie

Es liegt eine Buchrechnung aus dem Jahre 1768 eines Werkes von John Mayow Tractus de sal-nitro et spiritu nitro-aereo Oxford, (1669)^[23] vor, jenem John Mayow der bekannt wurde durch seine Untersuchungen und Erklärungen über die Atmung und Verbrennungsprozesse.

Stephen Hales empirische Forschung^[24] über die Elastizität der Luft aber auch deren Fixierbarkeit in festen Körpern fanden in der Übersetzung seines Werkes Vegetable staticks, or an account of some statical experiments on the sap of vegetables. (1727) durch Georges-Louis Leclerc de Buffon aus dem Jahre 1735 Eingang in die französische Gelehrtenwelt und auch zu Lavoisier.^[25]

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.

Zur Vorgeschichte über das Verbrennen und Verkalken, also der Stoffumwandlung von Metallen, waren schon im 17. Jahrhundert die ersten Experimente durchgeführt worden.^[26] Unter Kalk verstand man damals die allgemeine Bezeichnung für eine stein- oder salzartige Substanz die durch die Verbrennung von Metall entstanden war. Bei diesen ersten Experimenten fand man heraus, dass der Rückstand der Verbrennung leichter war als das Ausgangsprodukt. Man schloss daraus, das beim Verbrennen eine Substanz aus dem Ursprungsmaterial entwiche. Diese Substanz musste, obgleich unsichtbar, aber ein Gewicht haben. Da dieses Phänomen bei fast jeder Verbrennung zu beobachten war, ging man davon aus das es sich um ein und dieselbe Substanz handeln müsste. Georg Ernst Stahl gab dieser Substanz den Namen Phlogiston. Die Überlegung, auch Phlogistontheorie, war dann bis weit in das 18. Jahrhundert hinein paradigmatisch. In England führte Robert Boyle ebenfalls Verbrennungsexperimente durch. Er führte an, dass der Rückstand (Kalk) in einigen Experimenten schwerer war als der Ausgangsstoff. Somit müsste das Phlogiston in diesen Fällen ein negatives Gewicht gehabt haben, diese Feststellung stand aber im logischen Widerspruch, denn eine solche Substanz hätte zugleich ein positives als auch ein negatives Gewicht gehabt.

Lavoisier’s frühe Experimente zeigten nun, das Metall augenblicklich verkalkte und auch an Gewicht zunahm, wenn ein zuvor verschlossenes Gefäß mit der Umgebung in Verbindung stand. Er folgerte daraus, dass die Gewichtszunahme durch den Zutritt von Luft hervorgerufen würde. Weitere Experimente ließen Lavoisier weiter vermuten, dass die Metalle beim verkalken aber nur einen bestimmten Teil der Luft aufnähmen. Seine Vermutung war, dass es sich hier um das von Joseph Priestley als fixe Luft, fixed air bezeichnet Kohlendioxid handeln würde. Als Lavoisier nach Beweisen für seine Hypothese suchte und zunächst Kohlendioxid nach der Anleitung von Joseph Black herstellte, musste er aber feststellen das Kohlendioxid die Verbrennung nicht unterhielt, sondern sie unterband. Eine Lösung zeigte sich in den Experimenten von Joseph Priestley, fand er doch einen weiteren Bestandteil der atmosphärischen Luft, diese Gas nannte er dephlogisierte Luft, dephlogisticated air. Es war der später als Sauerstoff beschriebene Gasanteil.^[27]

Im Jahre 1774 besuchte Priestley, ein Vertreter der Phlogistontheorie, Lavoisier in Paris und schilderte jenem seine Entdeckung. Weitere Untersuchungen Lavoisiers mit diesem neu entdeckten Gas zeigten das dieses die Verbrennung unterhielt.

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.^[12] 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.^[12] 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.^[28] Lavoisier folgerte: Die Gewichtsänderungen wurden nicht durch das Feuer, sondern von der Luft verursacht.^[12]

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.^[12] Trotz dieser Befunde bricht Lavoisier erst im Jahr 1777 endgültig mit der Phlogistontheorie.^[29]

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

Wärmetheorie

Lavoisier entwickelte seine Vorstellungen zur Wärme über die Zeit in verschiedenen Publikationen etwa in den Mémoire sur la chaleur (1780), im Traité élémentaire de chimie.

Dieses Kalorimeter wurde erstmalig im Winter 1782-1783 von Antoine Lavoisier und Pierre-Simon Laplace genutzt.

Die von Lavoisier 1787 formulierte Theorie postulierte die Existenz eines „Wärmestoffs“ namens „Caloricum“, le calorique,^[30][31] eines unsichtbaren, gewichtslosen, in den Körpern gebundenen flüssigkeitsartigen Stoffes.^[32] Es sollte ein Fluidum sein, dass von den gewöhnlichen Stoffen angezogen werden würde.^[33] Er nannte das Vermögen der Chemischen Körper den Wärmestoff zu fassen, in seiner Traité élémentaire de chimie von 1789, auch als capacitè des corps pour contenir la materière de la chaleur.

Er rechnete das Caloricum (Wärmestoff), calorique zu den dreiunddreißig simplen Substanzen oder Elementen die sich chemisch nicht weiter zerlegen ließen. Es wurde in einer Reihe mit dem Licht (Lichtstoff), lumière, dem Sauerstoff (Oxygène), dem Wasserstoff (Hydrogène) und dem Stickstoff (damals Azote) sowie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff in einer zweiten Reihe benannt. Hinzu kamen weitere Reihen, bestehend aus den Metallen, den Erden und den Alkalien.^[34](siehe auch Chemisches Element^[35])

1780 machte Lavoisier mit Pierre-Simon Laplace verschiedene Experimente. Später entwickelten sie hierzu eine Apparatur, das Eiskalorimeter. Lavoisier und Laplace verbrannten verschiedene chemische Körper. Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme schmolz eine entsprechende Menge des Eises und war damit Maß für die Wärmebildung bei der Verbrennung des jeweiligen Stoffes. Das Kalorimeter diente also der Wärmemessung und bestand aus einer Reihe ineinander geschachtelter Töpfe. In den innersten Topf kam der Probekörper. Der äußere wurde mit zerstoßenem Eis gefüllt. Die Menge des Schmelzwassers konnte über einen Abfluss aufgefangen werden und war ein Maß für die vom Probekörper abgegebenen Wärme. Damit schufen sie die Thermochemie.

Lavoisier führte ein Experiment zur Atmung im Jahre 1770 durch. Seine Frau, rechts im Bild, am Schreibtisch sitzend dargestellt.

Zwei Auffassungen zur Wärme herrschten vor: die des Wärmestoffes, eines überall verteilten unwägbarem Fluidums, das in unterschiedlichem Ausmaße zwischen die Räume eines Körpers eindringen konnte und dessen Temperatur bestimmte. Diese Ansicht vertrat Lavoisier. Laplace hingegen hatte die Vorstellung, dass Wärme durch die Bewegung kleinster Teile des Körpers entstünde.

Später gaben sie ihren Wärmeforschungen zusätzlich eine physiologische Richtung. So bestimmten beide die Menge Kohlendioxid, air fixe (fixe Luft‘), die ein Kleintier während einer bestimmten Zeit ausatmete. Dann setzten sie das Tier in das Eiskalorimeter und maßen, wie viel Eis während seiner Anwesenheit in den gleichen zehn Stunden schmolz.

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.^[36] 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 und Phosphor den reinen Elementen zuordnen.

Labor von Lavoisier im Musée des arts et métiers

Ferner wurden die Metalle^[37] Gold, Silber, Kupfer, Blei, Quecksilber, Zink, Eisen, Mangan, Nickel, Zinn, Wolfram, Platin und 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 und 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,^[38] die die Namen der Elemente von anorganischen Stoffen enthielt, der Akademie vor.^[12] Mit dieser Nomenklatur konnten nun anorganische Verbindungen einfach und schnell bezeichnet werden.

Méthode de Nomenclature Chimique. Paris (1787) von de Morveau, Antoine Laurent de Lavoisier, Berthollet, de Fourcroy

Neben der Nomenklatur wurden auch Zeichen nach Jean-Henri Hassenfratz und Pierre-Auguste Adet für die chemischen Elemente eingeführt.^[12] 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

Aus England hörte Lavoisier im Jahre 1783, dass Henry Cavendish Wasser in zwei Gase zerlegt hatte.^[39] 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.

Apparatur Lavoisiers zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser mittels Thermolyse

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.

• Lavoisier ist namentlich auf dem Eiffelturm verewigt – siehe dazu: Die 72 Namen auf dem Eiffelturm.
• Er ist der einzige nichtdeutsche Wissenschaftler, der im Deutschen Museum in München mit einer Büste geehrt wurde.^[40]
• Im Deutschen Museum ist das Labor Lavoisiers rekonstruiert worden.^[41]
• Der Asteroid (6826) Lavoisier wurde nach ihm benannt.

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).

Schriften (Auswahl)

• Opuscules physiques et chimiques. 1774.
• Traité élémentaire de chimie. 1789.

Literatur

• Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Verlag Chemie, Weinheim 1965.
• Max Speter: Lavoisier. In: Günther Bugge: Das Buch Der Grossen Chemiker. Band 1, Verlag Chemie, Weinheim, ISBN 3-527-25021-2.
• Albert 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)
• Ursula Klein, Wolfgang Lefèvre: Materials in eighteenth-century science. MIT-Press, Cambridge 2007, ISBN 978-0-262-11306-9.
• Martin Carrier: Antoine L. Lavoisier und die Chemische Revolution. In: Pierre Leich (Hrsg.): Leitfossilien naturwissenschaftlichen Denkens. Königshausen & Neumann, Würzburg 2001, ISBN 3-8260-2121-5 (online)
• Michaela Hörmann: Der Ausbau der Chemie-Terminologie in Frankreich im 18. Jahrhundert. Diplomarbeiten Agentur diplom.de 1995, ISBN 3-8386-0210-2.

Weblinks

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

Wikisource: Antoine Laurent de Lavoisier – Quellen und Volltexte (français)

• Literatur von und über Antoine Laurent de Lavoisier im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Kurzbiografie und Verweise auf digitale Quellen im Volltext im Virtual Laboratory des Max-Planck-Instituts für Wissenschaftsgeschichte (englisch)
• Beschreibung der Erfindung des Gasometers durch Lavoisier
• Service Commun de la Documentation University of Strasbourg – Digitalisierte Werke Lavoisiers
• Large summary table of the nomenclature. 1788, englische Übersetzung von James St. John der Méthode de nomenclature chimique, 1787.
• Panopticon Lavoisier
• Wissenschaftsbiographie der Universität Oldenburg
• LES AMIS DE LAVOISIER, Jean-Pierre Poirier: Comité Lavoisier. Académie des Sciences de Paris
• Obalski,T.: Le laboratoire de Lavoisier Gloubik Science, S. 1–12.

Darstellungen

• 

  Laboratorium von Lavoisier (Sammlung), Musée des Arts et Métiers, Paris

• 

  Detailausschnitt. Verbrennung durch Fokussierung des Sonnenlichts durch optische Linsen auf ein brennbares Materialien gerichtet. Ein Experiment das Lavoisier in den 1770er Jahren durchgeführt hatte.

• 

  Reaktionsgefäß zur kontrollierten Verbrennung von Wasserstoff

• 

  Elementsymbole zur Zeit Antoine Laurent de Lavoisier, Teil 1

• 

  Elementsymbole zur Zeit Antoine Laurent de Lavoisier, Teil 2

Einzelnachweise