Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie: Entdecker, Forscher und Erfinder der Chemie

Von Michael Wächter

Als 2018 die Erstauflage der Printversion dieses Buches erschien, erlangte es trotz kleiner Auflage recht schnell die Aufmerksamkeit der Fachwelt. P. Hegersberg von der Max-Planck-Gesellschaft schrieb in seiner Rezension (in: Max-Planck-Forschung, Ausgabe März 2019, S.80):

"Michael Wächter gelingt es ... mit der konzentrieren Darstellung, die großen Linien der Entwicklungen nachzuzeichnen ... Besonders viel Spaß macht das Buch, wenn Michael Wächter die Lebens- und Erfahrungswelt der Forscher greifbar macht... hilft das Buch dem Leser, die Fortschritte der Chemie ... einzuordnen ...".
B. Hörning vom ekz.bibliotheksservice Reutlingen schrieb:

"Das ... reich illustrierte Sachbuch bietet eine lebendig erzählte Entwicklungs- und Entdeckungsgeschichte ... eingebettet in historische Zusammenhänge und versehen mit spannend geschriebenen Episoden aus dem Leben ... empfohlen für Schüler, Lehrer ... und interessierte Laien."

Da nur noch ein kleiner Rest der Printversion im Buchhandel erhältlich ist (Titel: Kleine Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie im Kontext von Zeitgeschichte und Naturwissenschaften, Verlag Königshausen und Neumann, ISBN: 978-3-8260-6510-1), liegt nun auch die ebook-Version vor.

Zum Inhalt:

Quecksilber, Quacksalber und Quereinsteiger, Quanten und Quarks - dieses Buch bietet die Chance zu einer abwechslungsreichen, interdisziplinären Expedition durch die Erkenntnisgeschichte der Chemie und der Naturwissenschaften insgesamt - eine informativ-unterhaltsame Forschungsreise von der Hobbychemie in der Waschküche bis zur Urknallforschung im Zyklotron, vom explodierenden Laborkittel Schönbeins bis zum Atommeiler Fermis in der Squash-Halle. Wer aber steckt hinter Fachbegriffen wie Glaubersalz und Liebigkühler, Nobelpreis und Erlenmeyerkolben, Baeyerprobe und Bunsenbrenner? Welche Köpfe hatten diese Ideen?

Das Sachbuch erzählt von erfolglosen Goldmachern und erfolgreichen Urinverwertern wie Hennig Brand, von Rettern vor Hungersnot und Voraussagen globaler Katastrophen, von Alchemisten, Erbsenzählern und Improvisationstalenten. Die Entdeckungen der Forscher und Erfinder werden dabei immer wieder in den jeweiligen zeit- und wissenschaftsgeschichtlichen Zusammenhang gestellt. Die Leser/innen stoßen auf winziges Transistor-Graphen am Klebeband, auf "Leberklöß-Atommodelle", das "Ozonloch" am Himmel - und viele andere Früchte der Erkenntnis- und Wirkungsgeschichte der Naturwissenschaften, die didaktisch aufbereitet und gut verständlich erklärt werden.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: TWENTYSIX
• Erscheinungsdatum: 20. Aug. 2020
• ISBN: 9783740768782

Michael Wächter

Der Autor ist Lehrer, verheiratet, hat 6 Kinder und betätigt sich als Roman-, Sach- und Lehrbuch-Autor. Er war auch Hobbyastronom und in der wikipedia-Fachredaktion Chemie. (Website: https://michael-waechter.jimdosite.com/ )

Buchvorschau

Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie

Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie

Vorwort und Einführung

1 Alchimie und Iatrochemie

2 Anfänge der Naturwissenschaft

3 Anfänge der Chemie

4 Die „klassische" Chemie (18. Jahrhundert)

5 Die Entfaltung der Chemie (zu Beginn des 19. Jahrhunderts)

6 Technik und Naturwissenschaft im 18. und 19. Jahrhundert

7 Moderne Chemie – das 20. und 21. Jahrhundert

Literatur zu: Chemie sowie zu Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie und der Naturwissenschaften / Weitere Werke des Autors

Bilderverzeichnis, -quellen

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Impressum

Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie

Ebook-Version der Printausgabe "Kleine Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie

im Kontext von Zeitgeschichte und Naturwissenschaften"

Vorwort und Einführung

Heute nutzen wir Flüssigkristallbildschirme (LCDs) und Haarfärbemittel, Kunstfasern und smartphone-Touchscreens (OLEDs), Hormonpräparate und Nagellacke. Aber sind wir uns ihrer Vorgeschichte bewusst? Wann und vor allem wie kam der Mensch zu Neonröhren und Spraylacken, Schmier- und Spezialfarbstoffen, Pestiziden und Hormonpräparaten? Und wer steckt hinter Vokabeln wie Glauber salz und Liebig kühler, Nobel preis und Erlenmeyer kolben, Baeyer probe und Bunsen brenner?

Von mittelalterlichen Goldmachern und Quacksalbern über frühneuzeitliche Hobbyforscher bis hin zu den modernen, professionellen Spezialisten in Forschungsinstituten und Konzern-Laboren war es ein jahrhundertelanger und oft abenteuerlicher Weg. Dieses Buch will einige der großen Fortschritte und Entdeckungen beschreiben. Es ist auch ohne Vorkenntnisse lesenswert. Anschaulich erklärend lässt es störende Details einfach weg. Anekdoten und Lebensgeschichten, Erklärungen von Laborexperimenten und Beschreibungen naturwissenschaftlicher Denkmodelle wechseln einander ab und skizzieren die Forscher mit ihren Entdeckungen und Erfindungen. Vom Leser mitgebrachtes Fachwissen stört dabei nicht (sei es aus der Realschule, dem Abitur oder einer Professur), aber es könnte das Lesevergnügen noch etwas verstärken.

Die Geschichte der Naturwissenschaften komplett beschreiben zu wollen ist natürlich unmöglich. Schon auf den einzelnen Gebieten der Chemie gibt es eine unüberschaubare Vielzahl kleiner und großer Entdeckungen, gegenseitiger Zusammenhänge und Auswirkungen daraus. Dieses Buch kann daher kein neutraler, wissenschaftstheoretischer Rückblick auf die Geschichte der Naturwissenschaften sein und keine erkenntnistheoretische Analyse. Es gab „die Physik oder „die Chemie auch nie als etwas, das unabhängig vom menschlichen Danken entdeckt werden musste.

Aber es gab und gibt eine lange Geschichte voller Zufälle und Fleißarbeit, voller Irrwege, Ideen und Lernprozesse in dem, was der Mensch in der Natur entdeckt hat, eine Geschichte, die ihren Fortschritt nicht an Fürsten und Könige knüpft, sondern deren Fortschritt auf Forschern und Entdeckern beruht, auf Menschen wie Galilei und Newton , Lavoisier und Dalton , Wöhler und Watson .

Aus dieser Entdeckungsgeschichte sollen einige spannende und bedeutende Momente erzählt werden. In ihrem Vordergrund steht der forschende, entdeckende, lernende Mensch. So wie sein Tun auch im Vordergrund des naturwissenschaftlichen Unterrichts an Schulen und Universitäten stehen sollte – so mein Plädoyer für eine entdeckungsgeschichtlich orientierte Fachdidaktik, in der Lernende die Lernprozesse der Entdecker und Forscher nachvollziehen können. Anfangs entwickelten die Menschen Verfahren, die auf Erfahrungen beruhten, auf empirischen Grundlagen. Später dann kam die Frage nach dem Warum hinzu, die Bildung und Überprüfung von Theorien.

Die Erzählung der Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie im jeweiligen damaligen Kontext der Naturwissenschaften soll die Leserin und den Leser unbeschwert an die Quellen der zum Teil noch als esoterisch geltenden Naturwissenschaften führen. Dieses Buch ist also kein Lehrbuch, sondern es erzählt Lehrreiches für Aufgeschlossene, um seinen Leser(inne)n interessante Erkenntnisse von historischen Zusammenhängen zu vermitteln: Im Vordergrund steht der forschende, entdeckende, lernende Mensch – im Hintergrund erfährt der/die Leser(in) aber auch etwas über wichtige Experimente, Anschauungen und Theorien , über Stoffe und Reaktionen, Prozesse und Anwendungen in der Chemie wie in den Naturwissenschaften insgesamt. Am Anfang dieser Erzählungen steht das Feuer – am Ende dieser Erzählung, so hofft der Autor, die Faszination von der/den Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie.

1 Alchimie und Iatrochemie

1.1 Der Motor des Fortschritts -

Wie Entdecker und Erfinder die Wissenschaft beflügel(te)n

1.1.1 Neugier, Wissbegierde, Spekulation

Der Mann hätte mehrere Nobelpreise verdient gehabt. Stattdessen wurde er enthauptet. Er hatte das Gas entdeckt, das Erstickenden das Leben retten und Feuer unterhalten kann, doch am 8. Mai 1794 sahen die Revolutionäre ihn nur als Angeklagten, schuldig der Steuereintreiberei für den gestürzten König. Lavoisier hatte entdeckt, dass Sauerstoff ein Element ist und Wasser eine chemische Verbindung. Er erkannte das grundlegende Prinzip der Oxidation und 1789 das Naturgesetz der Massenerhaltung bei chemischen Reaktionen – riesige Fortschritte in der Chemie.

Entdecker und Erfinder wie Lavoisier beflügelten die Wissenschaft. Was aber trieb sie an, Erscheinungen wie zum Beispiel Verbrennungsvorgänge zu untersuchen?

Am Anfang stand das Feuer. Das Staunen, dass die ersten Menschen über die Magie des Feuers empfanden, setzte ihre Entdeckungsgeschichte in Gang. Sie fragten sich: Warum wird das Holz im Feuer zu Asche? Weshalb ist das Feuer über dem Holz so hell und heiß, dass Fleisch darin gar und Wasser zu Dampf werden kann? Aus dem Staunen wurde Neugier, und aus Neugier wurde das Feuer getestet und ausprobiert, was sich im Feuer tat, was es bewirkte und was sich mit Feuer anstellen ließ.

Das anfängliche Staunen über natürliche Erscheinungen wich einer Neugier, die auf Interesse an Wissen ausgerichtet ist. Die antiken Philosophen nannten diese Neugier auch Wissbegierde (gr. philomathía ), und sie führte dazu, dass die Menschen immer wieder probierten, neue Stoffe herzustellen und zu nutzen. Das Vorgehen wurde geplant. Es wurde systematisch. Und aus der oft noch ziellosen Probierkunst des Mittelalters, dem Geheimwissen der Goldmacher, Metallurgen, Färber und Kräuterhexen, wurde im 16., 17. und 18. Jahrhundert allmählich ein zielgerichtetes, methodisches Experimentieren – die empirisch forschenden Naturwissenschaften kamen auf. Alte Vermutungen wie z. B. über das Feuer wurden nun messend untersucht. So griff Georg E. Stahl im 17. Jahrhundert eine alte Vermutung von Aristoteles auf, die Thomas von Aquin überliefert hatte. Man vermutete, im Feuer entweiche das Phlogiston (das „Brennbare), das in allen „verkalkbaren (brennbaren) Stoffen enthalten ist. Es werde in der Flamme (griechisch:  phlox ) brennender Körper freigesetzt und gehe durch die Luft über in Blätter und Hölzer. Lavoisier untersuchte diesen Vorgang 1775 mit der Waage. Er fand, dass aus verbrennenden Stoffen gar kein Stoff austritt, sondern dass stattdessen bei jeder Verbrennung Luft hinzutritt. Er konnte seine Theorie beweisen: Die Verbrennungsprodukte waren unter Einbezug gasförmiger Produkte stets schwerer. Jeder Zweifler konnte die Experimente messend wiederholen, beliebig oft. An die Stelle magischer Vorstellungen, wilder Spekulationen und antiker Philosophien traten wissenschaflich überprüfbare Theorien.

Der Zündfunke dieser Entwicklung war das Staunen, ihr Motor die Wissbegierde. Sie stand am Anfang der Entdeckungsgeschichte(n), die zu den heutigen Naturwissenschaften führte(n). Erste „chemische Versuche gab es also sozusagen schon vor über einer Million Jahren, denn als der Mensch das Feuer entdeckte, da untersuchte und nutzte er Stoffumwandlungen („chemische Reaktionen) in Form von Verbrennungsvorgängen, wenn man es in heutigen Vorstellungen ausdrückt und Chemie als das Wissen von Stoffen und Stoffumwandlungen versteht. Am Anfang der „Chemie jedoch stand das Ausprobieren, die „Probierkunst. Sie arbeitete mit Vermutungen und Behauptungen, und noch ohne die exakt definierten Methoden der heutigen Wissenschaft.

Wie aber kann man unbewiesene Behauptungen von unzweifelhaft gesichertem Wissen unterscheiden? Diese Frage stellte sich schon Platon (griech. Πλάτων Plátōn , lat. Plato , 427-347 v.Chr., ein Schüler des Philosophen Sokrates ), und er setzte beim Staunen an:

„Das Staunen ist die Einstellung eines Mannes, der die Weisheit wahrhaft liebt, ja es gibt keinen anderen Anfang der Philosophie als diesen.", stellte Platon in seinem Werk Θεαίτητος Theaítētos , 155D) fest. Hierin ging es ihm um die Grundfrage, was Erkenntnis ist. Wie lässt sich unzweifelhaft gesichertes Wissen erreichen und von bloßen Meinungen unterscheiden?

Wissen, so Platon , kann sich nicht auf die stets wandelbaren Objekte der Sinneserfahrung beziehen. Es müsse auf unkörperlichen, unveränderlichen und ewigen Gegebenheiten einer rein geistigen, der Sinneswahrnehmung unzugänglichen Welt ruhen, auf „Ideen". Diese seien die Ur- und Vorbilder der Sinnendinge. In der Naturkunde ließe sich die Ursache aller Dinge nicht finden, denn der Naturphilosoph Anaxagoras habe sich nur mit dem sinnlich Wahrnehmbaren beschäftigt und sei die Antwort auf das eigentliche „Warum" schuldig geblieben. Platon vermutete daher, es gebe einen Geist, der sich an der Ideenwelt orientiert und aus der chaotisch-regellosen Ur-Materie (χώρα chóra ), dem „Rohmaterial, das Bestmögliche herstellt, etwa wie ein Handwerker. Diese Ur-Materie sei gestaltlos, aber form- und gestaltbar. Sie sei der gebärfreudige „Schoß des Werdens, aus dem die Körper entstehen, das Formlose, das alle Formen aufnimmt. Feuer, Luft, Wasser und Erde seien die vier Grundformen (Elemente), und sie bestünden aus vier Arten von regelmäßigen Polyedern, die sich ihrerseits aus zwei Arten von kleinen rechtwinklig-gleichschenkligen Dreiecken zusammensetzen. Weitere Naturphilosophen erweiterten diese Spekulationen – andere widersprachen.

Auf der einen Seite brachte das Staunen und Probieren praktisch-technische Fertigkeiten hervor, auf der anderen Seite wurden aus den ersten Spekulationen über das Feuer (und über andere Vorgänge in der Natur) philosophische Lehren wie die von Platon und seinem späteren Schüler Aristoteles .

Mit der Entdeckung der Bedeutung der Vernunft ( ratio ) begann man dann, theoretische Vorstellungen über natürliche Erscheinungen kritisch zu überprüfen, mit Hilfe praktisch-technischer Fertigkeiten. Forscher wie Stahl und Lavoisier bildeten Theorien – Erkenntnisse, die auf einem exakt überprüfbaren Wissen beruhen sollten. Experimentell überprüfbare Vermutungen wurden als Hypothesen bezeichnet und von philosophischen Vermutungen unterschieden: Stahl stellte die Phlogistontheorie auf, Lavoisier konnte sie mit seinen Wäge-Experimenten widerlegen (Beweis: Bei Verbrennungen entweicht kein „Feuerstoff", sondern es tritt Luft hinzu), und die späteren Chemiker verfeinerten sie zu den heutigen Redox-Theorien.

Diese Methode der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung aus Hypothese und Experiment wurde zur Basis des anbrechenden Erfolges, nicht nur in der Chemie. Das kritische Beobachten, Messen und Experimentieren der Wissenschaftler erwies sich als sicheres Fundament. Ihre Erkenntnisgewinnung wurde nur auf be- und erwiesene Theorien und Modelle gestützt, und es wurde nur von messbaren , im Experiment überprüfbaren Fakten ausgegangen (Positivismus), ohne zu spekulieren (wie in der Philosophie) und ohne die Existenz unbeweisbarer, übernatürlicher Mächte und Gewalten vorauszusetzen (wie in den Religionen). Entsprechend der Messbarkeit werden die modernen Naturwissenschaften auch unterteilt in die exakten, messenden Naturwissenschaften (Biologie, Physik, Chemie) und in die eher beschreibenden Naturwissenschaften (Geographie, Geologie, Mineralogie). Sie probieren nicht aus, sie messen und beschreiben.

1.1.2 Die Probierkunst der Natur – Chemische Evolution

Eine „Probierkunst", ein Austesten aller Möglichkeiten, gab es eigentlich schon lange vor dem Menschen. Die Natur selbst probierte aus. Sie testete, was sich im Laufe der Zeit durch zufällige Kombination ihrer materiellen Bausteine entwickeln kann: Aus Elementarteilchen entstanden Wasserstoff und Helium, aus deren Atomkernen schwerere Elemente (Nukleosynthese, Elemententstehung), aus deren Verbindungen große Moleküle und aus organischen Molekülen erste Kleinlebewesen (chemische Evolution). Aus den ersten Urzellen entsprang die Fülle aller heutigen Lebensformen (biologische Evolution). Sicher: Viele Lebensformen scheiterten bei diesem Test und starben wieder aus – aber eine Lebensform begann ihrerseits, natürliche Erscheinungen auszutesten und zu nutzen – der Mensch. (Hominisation, Menschwerdung, etwa vom Jungpaläolithikum an).

1.1.3 Die erste Entdeckungen – Auftritt des Menschen

Eine der wohl ersten „chemischen" Entdeckungen, die der Mensch machte, war, wie gesagt, das Feuer. Ihre sichere Datierung ist nicht leicht. Im nördlichen Jordantal bei Gesher Benot Ya'aqov (גשר בנות יעקב, GBY; übersetzt: „Brücke der Töchter von Jakob") liegt eine der ältesten sicheren Fundstellen (paläomagnetische Datierung: etwa 790000 Jahre), eine andere in der Wonderwerk- Höhle in Südafrika (Feuerstellen mit einem Alter von über einer Million Jahre). Wissbegierde trieb den Menschen an zu erlernen, das Feuer entfachen und Nahrung kochen, braten, garen und räuchern zu können. Das Feuer bot Wärme, Licht und Schutz vor Raubtieren und Insekten. Es half ihm, Holz und Stein zu härten, Keramik aus Lehm und Ton zu erzeugen und Erze zu schmelzen. Und er lernte, sich neue Werkstoffe herzustellen, statt auf vorgefundene, natürliche Materialien beschränkt zu sein – durch die geplante Durchführung chemischer Reaktionen.

1.2 Die chemischen Kenntnisse der Antike

1.2.1 Kupfersteinzeit und Bronzezeit – der Mensch entdeckt die Metallurgie (ab ca. 3700 v.Chr.)

Die Entdeckung einer Stoffumwandlung im Feuer markiert das Ende der Steinzeit. Der erste Metallerzeugung aus Erz und Kohle fand etwa 4000 v. Chr. statt, in der Badari- Kultur in Ägypten, und etwa 3300 v.Chr. am Toten Meer in Palästina. Erze mit Kupferoxiden und –carbonaten reagierten im Feuer mit Holzkohle zu Kupferlegierungen, Kohlendioxid und Asche.

In der Badari- Kultur enthielt die Bronze noch zu viel Fahlerz und Arsen. Sie war noch brüchig und minderwertig, aber sie war metallisch. Der Fundort im Tal Nachal Mischmar (hebr.: נחל משמר‎; arab.: مَحْرَس‎) am Toten Meer, zwischen En Gedi und Massada , weist hingegen richtig gute Kupfer-Arsen-Bronzen auf, von hoher Härte und mit guter Gießeigenschaft. Diese metallurgischen Spitzenleistungen der Kupfersteinzeit belegen die perfekte Beherrschung der Technik der Kupferverarbeitung (Der älteste bislang entdeckte Schmelzofen wurde allerdings auf Kreta ausgegraben, in Kato Zakros , griech. Κάτω Ζάκρος, im äußersten Osten der Insel direkt am Meer, im vierten großen minoischen Palast. Hier in Griechenland kam übrigens auch der Ausdruck chymia bzw. chemeia für „Metallguss auf, aus dem möglicherweise das spätere Wort „Chemie hervorging). Metallurgische Techniken werden schon in alttestamentarischer Zeit beschrieben (Gen. 4,22; Ex. 32,1-4; Mal. 3,3).

1.2.2 Eisenzeit (ab ca. 1200 v.Chr.)

Bald entdeckte man, dass das Feuer durch Verwendung von Holzkohle und Blasebalg so heiß gemacht werden konnte, dass sich aus Erzen ein neues, härteres Metall herstellen ließ – das Eisen. Die Anfänge der Eisenverhüttung, -bearbeitung und der schriftlichen Überlieferung werden als Beginn der Frühgeschichte definiert.

Das Ende der Bronzezeit kam etwa 3000 bis 2700 v.Chr. in Mesopotamien, dem heutigen Irak. Hier wurde erstmals Eisen erzeugt – der in den Ruinen von Eshnunna bei Tell Asmar gefundene, nickelfreie Eisendolch mit Bronzegriff bezeugt diese Entdeckung, ebenso wie die Aufzeichnungen im zentralanatolischen Archiv von Boğazkale (früher: Boğazköy ). Die Eisenherstellung war 1600 bis 1200 v.Chr. ein Monopol der Hethiter, und später entdeckten sie, wie man den Kohlenstoffanteil im Eisen so erhöhen kann, dass Stahl entsteht.

Bald schon wurde das Eisen daher auch für Waffen und Werkzeuge eingesetzt – es war wesentlich härter als Bronze, und das bot militärische Vorteile. In der Levante zum Beispiel brachten die Hyksos („Seevölker") das Eisen mit, als sie im Libanon, in Kanaan und Ägypten einfielen (In diesen Umbrüchen um 1200 v.Chr. ging die Bronzezeit in die Eisenzeit über).

Eisen war kostbar: Die Hethiter wogen es bis zum achtfachen Gewicht in Gold auf. Sie nutzten es zur Schmuckherstellung (Auch die Ägypter kannten Eisen, doch es handelte sich um Meteoreisen, das stets fünf bis achtzehn Prozent Nickel enthält – wie zum Beispiel der Dolch des Tutenchamun von ca. 1350 v. Chr. Aus Ur in Mesopotamien kennt man einen anderen Eisendolch, dessen Herstellung sogar auf etwa 3100 v.Chr. datiert wurde. Die Sumerer nannten das Metall urudu-an-bar , Kupfer des Himmels.).

Zunächst fiel das Eisen im Feuer nur gesintert aus, in Form von „Luppen" (nicht geschmolzen). Trotz Holzkohle und besonderen Verhüttungsöfen mit Luftzufuhr blieben die zum Schmelzen erforderlichen 1535°C unerreichbar, und das Roheisen ließ sich nicht verarbeiten. Zusätzliche Techniken wie das Aufkohlen, Härten und Anlassen erzeugten schmiedetechnisch bearbeitbare Eisen-Kohlenstoff-Legierungen – die ersten Stähle. Sie tauchen in Europa zum Beispiel in der um 700 v.Chr. voll ausgeprägten Hallstattkultur auf.

1.2.3 Überblick: In der Antike bekannte Prozesse und Reaktionen

Mit Hilfe des Feuers ließ sich nicht nur Metall herstellen. Auch andere chemische Reaktionen und Verfahren wurden entdeckt und angewendet. Schon vor oder in der Steinzeit (vor ca. 2000 v.Chr.) wurde entdeckt, wie man Feuer durch Reibung erzeugen (zum Heizen und Beleuchten) und nutzen kann, um etwas zu kochen, zu trocknen, um Speisen zu konservieren (eben durch Kochen und Eindicken) und um Fette, Talg und Öle aus Lebensmitteln zu gewinnen (z.B. zum Betreiben von Öllampen). Aus der Jungsteinzeit stammen auch die ältesten europäischen Keramikfunde, gebrannte Tonfiguren. Gebrannter Ton war wohl als ein Zufallsprodukt beim Lagerfeuer auf Lehm- oder Tonboden entdeckt worden (Älteste Keramikfiguren sind über 24.000 Jahre alt, die ältesten bekannten Keramikgefäße aus der Höhle Xianredong in China etwa 21.000 bis 22.000 Jahre). Töpferscheiben wurden in Ägypten schon um 3200 v.Chr. verwendet.

In der Bronzezeit (ca. 1900-650 v.Chr.) wurde im Zuge der Bronzeherstellung (aus Kupfer- und Zinnerzen) auch die Kupfererzröstung entdeckt. Manche schwefelhaltige Erze mussten nämlich durch Glühen vorbehandelt, „geröstet werden, bevor man aus ihnen Metalle herstellen konnte (Bei der Oxidation sulfidischer Erze reagiert das schwefelhaltige Erz mit Luftsauerstoff zu Kupferoxiden und Schwefeldioxid). Schließlich entdeckte und entwickelte man Verfahren zur Herstellung von Holzkohle (die Köhlerei), denn Holzkohlefeuer erzeugten größere Hitze als Feuer mit natürlichem Holz. Die Holzkohle war ein besserer Brennstoff (Reduktionsmittel) für die Kupfer- und Bronzeherstellung z.B. aus Grünspan (wobei dann schließlich entdeckt wurde, dass Blasebälge helfen, die Hitze des Feuers weiter zu erhöhen, was dann zur Entdeckung der Eisenherstellung aus Eisenerzen führte, dem Beginn der Eisenzeit, ca. ab 1000 v.Chr.). Und man entdeckte, dass natürlicher Kalk zu ätzendem Gebrannten Kalk wurde (Kalkbrennerei; der gelöschte Kalk erhärtete dann unter Einwirkung von Luft bzw. Kohlendioxid zu einem festem, künstlichen Baumaterial ähnlich dem natürlichen Kalkgestein). Kalk und auch Natron brausen zudem auf, wenn man Essig hinzugibt – auch diese Reaktion war schon im Altertum bekannt: „Essig auf Natron: So ist, wer einem traurigen Herzen Lieder singt, heißt es im Alten Testament (Buch der Sprüche Kap. 25, Vers 20).

Verschiedene Völker entdeckten vor und in der Eisenzeit die Glasherstellung. Stoffgemische aus Stoffen wie Natron, Kalk und Quarzsand lassen sich im Feuer zu Gläsern schmelzen. Die Glasherstellung begann ab ca. 1500 v.Chr. zunächst aus ausgelaugter Pflanzenasche und gebranntem Weinstein. Ob sie in Ägypten, Mesopotamien oder an der Küste der Levante erfunden wurde, lässt sich nicht genau feststellen. Von natürlich vorkommenden Gläsern wie Obsidian abgesehen stammen die ältesten Glasfunde wohl aus Mesopotamien, die erste textliche Erwähnung von Glas aus Ugarit (das heutige Ra's Schamra  / رأس شمرة‎ / Raʾs Šamra in Kanaan), um 1600 v.Chr. Und das älteste sicher datierbare Glasgefäß aus Ägypten von etwa 1450 v.Chr. Die neue Kunst(fertigkeit) der Glasherstellung verbreitete sich, nach und nach wurde diese „Technik in mehreren Kulturen bekannt (das Wort „Technik kommt vom griechischen τέχνη téchne , deutsch etwa: Kunst, Kunstfertigkeit, Handwerk).

In der Eisenzeit kamen weitere Techniken und Verfahren hinzu. Man fand weitere Verfahren zur Erzröstung z. B. von Zinnober, sodass sich aus dem so erzeugten Quecksilberoxid metallisches Quecksilber herstellen ließ (und hieraus viele Amalgame). Neben Bronze, Eisen und Quecksilber wusste man auch schon, farbige Stoffe im Feuer herzustellen. So schmolz man z. B. „Kupferblau" aus geröstetem Kupfererz (Kupferoxid), Sand und Soda, was blaue Kupfersilikate ergab. Mit dieser Technik, dem Mineralbeizen (dem Verfahren zur Herstellung mineralischer Pigmente) wurden Pigmente wie Bleiweiß, Eisenrot, Realgar, Auripigment, Mennige, Zinnober und Grünspan produziert. Die pulverisierten Stoffe wurden dann mit Bindemitteln wie Ölen und Harzen verrührt und als Lacke eingesetzt, aber auch für diverse Kosmetika wie Schminke (braun: Braunstein, rot: Zinnober, schwarz: Kupferoxid und Bleisulfid sowie Antimonschwarz, grün: Grünspan).

Verfahren zur Fettverseifung kamen auf (Seifeherstellung durch Kochen von Soda- oder Pottaschelösung mit Fetten oder Ölen) und zur Leim-, Farben- und Ölherstellung (inkl. der Destillation von Terpentinöl). Und man beherrschte die Gewinnung von Salz (aus Meerwasser, durch Verdunstung; zur Lebensmittelkonservierung und -eindickung) sowie von zahlreichen Giftstoffen. Neben vielen pflanzlichen und tierischen Giften wurde zum Beispiel Kupfervitriol als Brechmittel genutzt oder auch das „Schwefeln von Weinfässern (Ausräuchern mit Schwefel bzw. Schwefeldioxid als Bakterizid). Auch „schlechte, nach faulen Eiern stinkende Winde aus Schwefel, Öl und Pech wurden dazu eingesetzt (das Giftgas Schwefelwasserstoff) oder ein „den Käfern und Fliegen den Tod bringender Rauch aus brennendem Arsen oder Arsensulfiderz (Arsenoxid als Insektizid zum Entseuchen von z.B. Getreidevorräten). Zwei weitere altbekannte Techniken, die vor und in der Eisenzeit angewendet wurden, sind die alkoholische Gärung (Bier, Wein, Milch, Stärke, Papier) und die Ledergerberei. Letztere wurde mit Kochsalz, Alaun, Kupfervitriol, Kalk, Harn, Eisenrot, Essig, Eisen-II-sulfat und Soda betrieben sowie und mit dem „Salmiakgeist (Ammoniak), den man aus faulendem Urin oder aus Ätzkalk und Salmiaksalz gewinnen konnte. Auch aus Holz und Wein ließen sich weitere „Geister destillieren, der „Holzgeist und der „Weingeist" ( Platon hatte vermutet, es gebe im Kosmos den „Geist als nicht materielle, gestaltende Kraft über der Materie, unvergänglich und wesentlich, und so wurden Gase und Dämpfe damals als „Winde und „Geister" bezeichnet. Heute nennen wir diese Produkte Methanol und Ethanol oder auch Alkohol, was übrigens vom arabischen الكحول, al-kuḥūl , für „das Färbende oder für „feines Antimonpulver stammt, dem traditionellen arabischen Antimon-Schminkpuder, das Francis Bacon dann 1626 unter der Bezeichnung Alcohole erwähnte, weil man es wohl zum Überschminken von Augen nutzte, die von übermäßigem Spirituosen-Genuss gekennzeichnet waren … ). Belegt ist die Destillation von Alkohol in Mesopotamien jedenfalls schon ab 1800 v.Chr., erste Lackanstriche gab es ab 1500 v.Chr. in China (mit Baumharzen).

Antike Handwerker und Spezialisten kannten also schon eine ganze Palette „chemischer Prozesse und Produkte: das Rösten und Schmelzen, das Auskochen und Seihen, das Filtrieren, Klären, das Trocknen, Destillieren und Extrahieren (z. B. mit Olivenöl zur Parfümgewinnung aus Blütenblättern) und das Kristallisieren und Zementieren (Letzteres ließ sich zur Trennung von Silber und Gold nutzen. Auch das „Gold-Strecken, ein Beilegieren unedler Metalle zum Gold, und die Herstellung von Falschgold waren bekannt: Hierzu wurde Kupfer mit einem Goldamalgam überzogen und das Quecksilber vier, fünf Mal verdampft, oder es wurde Zinnoberfirnis auf Silberblech aufgetragen).

Auch im Fernen Osten, gab es auch bedeutende praktische Kenntnisse chemischer Fertigkeiten. In China gelang die erste Papierherstellung bereits im 3. Jh. v. Chr., aber das Wissen um Papierherstellung gelangt erst nach Gefangennahme chinesischer Arbeiter in der Schlacht von Talas im Jahr 751 n.Chr. zu den Arabern. Ebenfalls in China wurden die Herstellung von Porzellan entdeckt (um 620) und die von Schwarzpulver (um 600). Auch sie blieben geheim (Es wurde aus Schwefel, Holzkohlepulver und Salpeter angemischt und diente um 1044 zum Abschuss von Feuerpfeilen, den Vorläufern von Raketen, die im Jahr 1161 vom chinesischen Kriegsmandarin Yu Yunwen eingesetzt wurden). In Europa kam daher um 678 zunächst nur eine Vorform des Schießpulvers auf (das „griechische Feuer" des Kallinkos von Heliopolis , griech. Καλλίνικος, dass dieser während eines Krieges mit den Arabern bei Konstantinopel einsetzen ließ).

Denker und Forscher im Altertum befassten sich auch mit nichtstofflichen Naturerscheinungen: Aus dem Jahr 640 v. Chr. ist die älteste Linse bekannt (ein Bergkristall aus Ninive), im 5. Jh. v. Chr. wirkte der Arzt Hippokrates und sammelte erstes Wissen über Anatomie und Physiologie und schon um 240 v.Chr. erdachte Eratosthenes von Kyrene (Ἐρατοσθένης ὁ Κυρηναῖος, etwa 273-194 v.Chr.) eine Methode zur Ermittlung von Primzahlen und zur ersten Berechnung des Erdumfangs.

Liu Hui in China fand schon um 260 n.Chr. heraus, dass der Wert der Zahl π 3,14159 beträgt (und der indische Mathematiker Aryabhata verwendete bereits das Dezimalsystem inklusive der Ziffer Null, was die Araber im 9. Jahrhundert übernahmen, um hieraus die nach Al-Charismi benannte Algebra zu begründen, die dann 970 durch Gerbert d’Aurillac im Abendland eingeführt wurde).

1.2.4 Antike Naturphilosophie

Philosophen beobachteten die Arbeiter und machten sich ihre Gedanken über deren Techniken, Verfahren und Prozesse zur Gewinnung neuer Stoffe. Die griechischen Naturphilosophen Anaxagoras (ca.500-428 v.Chr.) und Sokrates ( 470-399 v.Chr.) äußerten Vermutungen über die Materie und die Stoffumwandlungsprozesse im Kosmos. Aristoteles ( 384-322 v.Chr.) behauptete, es gebe nur stoffliche Urgründe der Dinge – es entstehe weder etwas aus dem Nichts, noch vergehe und verschwinde etwas in das Nichts (Materialität der Welt). Somit suchte man den „Urstoff, aus dem alle Stoffe durch Umwandlungsprozesse entstehen, durch „Transmutationen, nach Anaximénēs (Ἀναξιμένης, ca. 611-545 v.Chr.) zum Beispiel durch Verdichtung und Verdünnung).

Verschiedene Stoffe kamen als Ursubstanzen in Betracht. Nach Thales von Milet (Θαλῆς Thalḗs , 624–546 v.Chr., altgriechischer Philosoph, Mathematiker und Astronom) war Wasser ein solcher Urstoff, nach Anaximenes war es die Luft. Heraklit ( Herakleitos , 544-483 v.Chr.) und Hippasos (ca.450 v.Chr.) vermutete, es sei das Feuer, und auch die Luft tauchte in diesen Spekulationen als möglicher Urstoff auf. Empedokles ( ca. 495-435 v.Chr.) vermutete schließlich, es gebe also „vier ewige Elemente": Feuer, Wasser, Luft und Erde. Aus ihnen sollte alle Materie bestehen. Platons Schüler Aristoteles (384–322 v.Chr.) ordnete den vier Elementen vier typische Eigenschaften zu: warm/kalt und trocken/feucht:

Und im Äther vermutete er die den anderen vier Elementen (Erde, Wasser, Luft und Feuer) zugrunde liegende Quintessenz.

Die Vier-Elemente-Lehre wurde bis ins 17. Jahrhundert die bestimmende Lehre in der Alchimie. Sie wurde dann abgelöst durch die wissenschaftliche Neudefinition des Begriffes „Chemisches Element" durch Robert Boyle und durch den neuen Begriff Aggregatzustand für das feste, flüssige und gasförmige Vorliegen von Stoffen (Auch in der chinesischen Kultur gab es eine Elemente-Lehre. Hier ging man von fünf Elementen aus, dem Metall, dem Holz, der Erde, dem Wasser und dem Feuer).

Was ist Materie? Und woraus bestehen deren „Urstoffe"? Xenophanos vermutete am Ende des 6. Jahrhunderts v. Chr., der „Feuerstoff" ( Phlogiston ), der aus Feuerteilchen bestehen sollte, die durch die Luft schwebten. Leukippos (500-440 v.Chr.) und Demokrit ( 460-370 v.Chr.) spekulierten, alle vier Elemente (Feuer, Erde, Wasser, Luft) bestünden aus kleinsten, unteilbaren „Splittern" oder Teilchen (griechisch: „ atomos ", unteilbar) von unterschiedlicher Größe und Gestalt, die sich zu anderen Stoffen kombinieren.

Plato übernahm Demokrits „Atomistik". Für ihn waren die Atome tetraedrisch (im Element Feuer), kubisch (Erde), oktaedrisch (Luft) und ikosaedrisch (Wasser). Aristoteles spekulierte: „Durch die Einwirkung der Form verändert sich die Substanz oder gewinnt ihre Gestalt - wie der Stein durch die Tätigkeit des Bildhauers." Er vermutete, der allererste Formgeber und Beweger sei Gott gewesen. Ein Stoff wie Rost bzw. geröstetes Eisenerz, das im Feuer zu Eisen geschmolzen werden konnte, aber an Luft und Wasser wieder rostete, war für Aristoteles eine „Mischung aus Feuer-, Erd-, Luft- und Wasserteilchen, ein Kontinuum, in der die kleinsten Teilchen ihre alten Eigenschaften aufgegeben (verloren) haben (während wir heute ja wissen, dass im Eisenoxid Eisen- und Sauerstoffatome mit unveränderten Eigenschaften und in bestimmten, diskontinuierlichen Zahlenverhältnissen gebunden sind). Im Denken der antiken und mittelalterlichen Gelehrten hingen die Begriffe „Atom und „Element" zusammen. Aristoteles hatte in einem „Element" einen unzertrennbaren Urstoff gesehen, in dem alle Gegensätze zugrunde liegen: Erde als kalt und trocken, Feuer als warm und trocken, Luft als warm und feucht und das Wasser als kalt und feucht. Metalle waren für ihn z.B. Mischungen des Elementes Erde (kalt, trocken) mit einem höheren Anteil an Wasser (feucht und kalt)