Carl Gustaf Mosander: Der Chemiker, der die Seltenen Erden trennte

Im Jahr 1839 nahm ein schwedischer Apotheker, der zum Professor geworden war, einen Klumpen von dem, was in der Chemie alle „Ceroxid“ nannten, und bewies durch eine geduldige Abfolge von teilweisem Abbau und Behandlungen mit verdünnter Salpetersäure, dass es sich dabei nicht um eine einzige Substanz, sondern um mindestens zwei handelte. Dieser Labor-Trick — Elemente so chemisch ähnlich auseinanderzuspielen, dass sie sich fast wie Zwillinge verhalten — wurde zu Carl Gustaf Mosanders Markenzeichen, und er sollte schließlich eine ganze versteckte Familie des Periodensystems aufschließen: die Seltenen Erden.

Der Weg eines Lehrlings zur Chemie

Mosander wurde am 10. September 1797 im schwedischen Kalmar geboren und kam nicht über einen konventionellen akademischen Weg zur Chemie. Er besuchte die Schule in seiner Heimatstadt nur bis 1809, als seine Familie nach Stockholm umzog, und von da an war seine Ausbildung eher praktisch als wissenschaftlich: Er machte eine Lehre in der Ugglan-Apotheke und schloss seine Pharmazeutische Prüfung 1817 ab. Volle neun Jahre später, 1826, wurde er zum Leiter des chemischen Labors am damaligen Caroline-Medizininstitut (heute Karolinska-Institut) in Stockholm ernannt. Dazwischen absolvierte er ein reguläres Medizinstudium, schrieb sich 1820 am Institut ein und bestand 1825 seine ärztliche Prüfung. Zeitweise betrieb er auch ein Kurbad in Stockholm, ein Detail, das unterstreicht, wie weit sich seine Karriere von jeder einzelnen, geordneten akademischen Laufbahn entfernt hatte.

Im Schatten von Berzelius, dann an seiner Seite

Die prägende Beziehung in Mosanders wissenschaftlichem Leben war die zu Jöns Jacob Berzelius, dem schwedischen Chemiker, der die europäische Chemie im frühen 19. Jahrhundert dominierte. Mosander arbeitete in Berzelius’ Labor und verinnerlichte die strengen Maßstäbe des älteren Mannes für Atomgewichte und analytische Präzision; dort schloss er auch Freundschaft mit einem Kommilitonen, der ebenfalls zu den großen Chemikern des Jahrhunderts werden sollte, Friedrich Wöhler. Als Berzelius von seiner Professur zurücktrat, trat Mosander 1832 die Nachfolge als Professor für Chemie und Mineralogie — einige Quellen nennen den Lehrstuhl als Chemie und Pharmazie — am Karolinska-Institut an. Er hatte den Posten bis 1845 inne, als er Professor und Inspektor am Pharmazeutischen Institut wurde, und jahrelang fungierte er gleichzeitig als stellvertretender Kurator der mineralogischen Sammlungen am späteren Schwedischen Museum für Naturgeschichte, genau dem Ort, der seltene, unverstandene Mineralien in seine tägliche Reichweite brachte.

Das Cer aufbrechen

Dieser Zugang war von Bedeutung, da die Minerale der Seltenen Erden im frühen 19. Jahrhundert der Albtraum der Chemiker waren: dichte, ähnlich aussehende Oxide, die sich der Trennung durch alle Standardtechniken der Zeit widersetzten. Man ging davon aus, dass Cer, das Jahrzehnte zuvor von Berzelius und Wilhelm Hisinger entdeckt worden war, ein einziges Element war, das in seinem Erz gebunden war. Mosander vermutete das Gegenteil. Bei der Arbeit mit Ceroxid stellte er fest, dass eine sorgfältige, wiederholte Behandlung — teilweiser Abbau gefolgt von verdünnter Salpetersäure — eine zweite Substanz freilegte, die darin verborgen war. Er kündigte das neue Element 1839 an und nannte es Lanthan, nach dem griechischen Wort für „verborgen liegen“, ein passender Name für ein Element, das jahrzehntelang als Teil von etwas anderem getarnt war.

Das Yttria-Rätsel

Mosander hörte damit nicht auf. Er wandte sich dem Yttria zu, einem weiteren Oxid der Seltenen Erden, von dem bereits bekannt war, dass es chemisch komplizierter war, als es aussah, wandte dieselbe forensische Geduld an und zog 1843 zwei weitere Elemente daraus hervor: Terbium und Erbium. Die Geschichte der beiden Namen ist selbst ein kleines Denkmal dafür, wie verwirrend diese Chemie war – spätere Chemiker entdeckten, dass Mosanders ursprüngliche Bezeichnungen für die Eigenschaften der beiden Elemente vertauscht worden waren, sodass das, was heute Terbium und das, was heute Erbium genannt wird, einigen Berichten zufolge das Spiegelbild dessen ist, was er ursprünglich beabsichtigt hatte. Es ist ein sehr kleiner historischer Irrtum, aber ein bezeichnender: er zeigt, wie nahe am Rande der zeitgenössischen Technik diese Arbeit durchgeführt wurde.

Didym: Ein knapper Fehlschlag, der dennoch zählte

Im Jahr 1840 identifizierte Mosander eine weitere neue Substanz innerhalb der Minerale der Cergruppe und nannte sie Didym, nach dem griechischen Wort für „Zwilling“, weil ihre Eigenschaften so nah an denen von Lanthan und Cer lagen, dass ihre Abscheidung an sich eine Leistung war. Didym behielt seinen Platz in den Lehrbüchern der Chemie jahrzehntelang. Erst 1885 konnte der österreichische Chemiker Carl Auer von Welsbach zeigen, dass Didym keineswegs ein einzelnes Element war, sondern eine Mischung aus zwei weiteren Elementen, Neodym und Praseodym – und noch später erkannten Chemiker Samarium als eine weitere Komponente, die in den Seltenen-Erden-Proben der Ära verwickelt war. Mosanders „Zwillingselement“ glich am Ende eher Drillingen. Dass seine vorläufige Behelfslage als sinnvolle, wenn auch unreine Substanz fast ein halbes Jahrhundert lang Bestand hatte, ist selbst ein Maß dafür, wie sorgfältig er die Trennung mit den ihm zur Verfügung stehenden Werkzeugen durchgeführt hatte.

Anerkennung und letzte Jahre

Mosanders Beiträge wurden in seiner Heimat relativ früh gewürdigt: Er wurde 1833 in die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gewählt, während er noch an der Konsolidierung der Arbeit arbeitete, die seinen Namen bekannt machen sollte. Sein Privatleben stabilisierte sich im selben Zeitraum – er heiratete am 20. Dezember 1832 Hulda Philippina Forsström, und das Paar bekam vier Kinder, die als zwei Zwillingspaare geboren wurden. In seinen späteren Jahren ließ sein Augenlicht durch Grauen Star nach, und er starb am 15. Oktober 1858 in seinem Sommerwohnsitz auf der Insel Lövön (auch als Ängsholmen verzeichnet) in der Provinz Stockholm im Alter von einundsechzig Jahren.

Warum Carl ein Genie genannt wird

Mosanders Anspruch auf Genialität beruht auf einer schmalen, aber realen Form wissenschaftlichen Talents: einer außergewöhnlichen Toleranz gegenüber chemischer Mehrdeutigkeit, kombiniert mit der manuellen und analytischen Disziplin, Substanzen zu trennen, die sich fast identisch verhielten. Die Entdeckung von Lanthan, Terbium und Erbium erforderte keine neue Materietheorie – sie erforderte das Bemmerken, dass eine „reine“ Verbindung nicht rein war, und dann die Geduld, dies durch wiederholte, unglamouröse Runden von Fällung und Säurebehandlung zu beweisen. Das ist ebenso Handwerk wie Einsicht, näher am Können eines Meisters der Metallurgie als an den Sprüngen eines Theoretikers wie seines Mentors Berzelius. Das ehrliche Gegenargument lautet, dass Mosander innerhalb eines Paradigmas arbeitete, das Berzelius bereits aufgebaut hatte, mit Techniken, die Berzelius verfeinert hatte, und dass seine ehrgeizigste Behauptung – das Didym – sich genau so als falsch erwies, wie seine Kritiker es hätten vorhersagen können: eine Mischung, die mit einem Element verwechselt wurde. Aber drei Elemente richtig zu treffen, in einem Gebiet, in dem Verwirrung die Norm war und in dem seine eigenen Fehler erst Jahrzehnte später durch empfindlichere Werkzeuge korrigiert wurden, ist ein glaubwürdiger Fall dafür, seinen Blick für verborgene Strukturen in der Materie als etwas dem Genie Nahestehendes zu bezeichnen, selbst wenn es praktischer und nicht theoretischer Art war.

Vermächtnis

Mosanders Name ist heute weniger berühmt als die Elemente, die er fand, aber seine Methode – die Reinheit dessen anzuzweifeln, was alle anderen als Element bezeichnen, und sich dem Beweis anzunähern – wurde zum Vorbild, dem die Chemie der Seltenen Erden für den Rest des 19. Jahrhunderts folgte, als spätere Chemiker seine gleiche geduldige Logik nutzten, um seine „Elemente“ in noch weitere aufzuspalten.