Prisma und entleuchtete Flamme: Wie eine Heidelberger Zusammenarbeit die chemische Spektroskopie begründete

Im Jahr 1859 brachte der Chemiker Robert Bunsen an der Universität Heidelberg einen neu entwickelten Gasbrenner zum Physiker Gustav Kirchhoff. Bunsen hatte den Brenner konstruiert, um eine entleuchtete Flamme zu erzeugen, welche die Farben erhitzter chemischer Proben nicht verfälschte. Als Kirchhoff vorschlug, das farbige Licht dieser Flamme durch ein Glasprisma zu leiten, um die enthaltenen Wellenlängen zu trennen, entwickelten die beiden Forscher das Spektroskop. Laut dem Science History Institute revolutionierte dieses Instrument die chemische Identifizierung, da es elementare Signaturen durch optische Lichtbrechung statt durch herkömmliche Flüssigkeitsreaktionen sichtbar machte.

Zwei unterschiedliche Wege nach Heidelberg

Vor ihrer Zusammenarbeit hatten beide Wissenschaftler quer durch Europa gefahrvolle oder körperlich fordernde Forschungswege beschritten. Bunsen promovierte 1830 an der Universität Göttingen und erhielt ein dreijähriges Reisestipendium, das ihn an bedeutende Einrichtungen führte, darunter das Laboratorium von Joseph Louis Gay-Lussac in Paris. Bei frühen Arbeiten zur organischen Chemie verlor Bunsen das Sehvermögen auf dem rechten Auge, als eine Probe Kakodylcyanid explodierte. Zudem führte er feldgeologische Untersuchungen durch und nahm unmittelbar vor einem Ausbruch direkte Temperaturmessungen im Inneren des Großen Geysirs in Island vor. Kirchhoff, ein in Königsberg ausgebildeter preußischer Physiker und Pionier der elektrischen Schaltkreistheorie, bewältigte zeitlebens eine Behinderung, die ihn an den Rollstuhl oder an Krücken band. Die beiden Forscher lernten sich 1851 an der Universität Breslau kennen, und nachdem Bunsen 1852 nach Heidelberg gewechselt war, veranlasste er, dass auch Kirchhoff dorthin berufen wurde.

Brechungsoptik und Absorptionslinien

In Heidelberg konzentrierte sich Bunsen auf Verfahren zur Trennung und Messung chemischer Substanzen. Er entwickelte den Bunsenbrenner gezielt, um sicherzustellen, dass die Flamme des Brenners entleuchtet blieb. Dadurch verdeckte ihr eigenes Licht nicht die charakteristischen Flammenfarben erhitzter Metalle und Salze. Kirchhoff erkannte, dass das Licht dieser Flammen beim Durchgang durch ein dreieckiges Glasprisma in einheitliche Emissionsspektren aufgespalten würde. Zudem wies Kirchhoff nach, dass beim Einstrahlen von hellem Licht durch eine Flamme dunkle Linien im Absorptionsspektrum entstanden, deren genaue Wellenlängen mit den scharfen, hellen Linien des eigenen Emissionsspektrums der Flamme übereinstimmten. Indem das Spektroskop optische Wellenlängen bestimmten Elementen zuordnete, bot es ein klares Verfahren, um Substanzen zu unterscheiden, deren Flammenfarben für das bloße Auge täuschend ähnlich erschienen.

Das Unsichtbare entdecken: Cäsium und Rubidium

Das optische Instrument stellte bisherige Isolierungsmethoden rasch als unvollständig bloß. Vor 1860 waren die ersten 50 Elemente, die seit dem Altertum entdeckt wurden, ausschließlich in Form von Massenprodukten durch Standardreaktionen oder Elektrolyse isoliert worden. Mit ihrem Spektroskop identifizierten Bunsen und Kirchhoff im Jahr 1860 zwei zuvor unbekannte Alkalimetalle – Cäsium und Rubidium –, indem sie deren charakteristische Spektrallinien beobachteten, anstatt Ausbeuten abzuwiegen oder auszufällen. Dieser Durchbruch lenkte die Chemie von der makroskopischen Elementisolierung hin zum Nachweis mikroskopischer Spurenelemente in komplexen Proben.

Eine neue Generation nach Heidelberg locken

Die Erfindung des Spektroskops veränderte die chemische Analyse dauerhaft, indem sie bewies, dass kleinste Elementmengen über optische Signaturen identifiziert werden können. Bunsen verbrachte vierzig Jahre in Heidelberg, wo die neuen Analysemethoden seines Labors angehende junge Chemiker aus ganz Europa anzogen, darunter Dmitri Mendelejew und Julius Lothar Meyer. Das von Bunsen und Kirchhoff begründete Grundprinzip – Materie anhand ihrer Lichtemission und -absorption zu bestimmen – bleibt bis heute ein zentrales Werkzeug der chemischen Analyse in unterschiedlichsten Labordisziplinen.

KI-generierte redaktionelle Illustration; kein Dokumentarfoto.

Quelle: Robert Bunsen and Gustav Kirchhoff