Peter Waage

Die Zeit, in der er lebte

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts erlebte Europa tief greifende politische und wirtschaftliche Veränderungen. Im März 1848 hatte die bürgerliche Revolution alle deutschen Staaten ergriffen. In den Folgejahren fand die industrielle Revolution in Europa ihren Abschluss. 1866 erkannte WERNER VON SIEMENS das elektrodynamische Prinzip und dessen Bedeutung für die Technik. Dadurch wurde es möglich, elektrischen Strom durch Hochspannungsleitungen zu führen (ab 1882). THOMAS EDISON erfand die Glühbirne. Mit diesen wichtigen Erfindungen und Entwicklungen entstand auch ein neuer Industriezweig, die Elektroindustrie, die Elektromotoren, Dynamomaschinen, Kabel, Schaltanlagen, Glühlampen usw. herstellte.

Die Erkenntnisse der Chemie wurden zunehmend ebenfalls industriell genutzt. Durch neue großtechnische Verfahren der Eisenherstellung, z. B. des BESSEMER-Verfahrens, wurde die Herstellung neuer und besserer Maschinen möglich. Der belgische Chemiker ERNEST SOLVAY schuf die technischen Voraussetzungen für die großtechnische Herstellung von Soda. ADOLF VON BAEYER gelang erstmals die Synthese des beliebten Naturfarbstoffs Indigo, er legte damit die Grundlage für dessen großtechnische Herstellung. In Deutschland wurden Chemieunternehmen wie BAYER oder BASF gegründet, die noch heute zu den größten Unternehmen in der Chemiebranche zählen.
Neben der Entdeckung des Periodensystems der Elemente durch MENDELEJEW und MEYER und der Begründung der organischen Strukturchemie durch KEKULÉ erlebte besonders die physikalische Chemie eine bemerkenswerte Entwicklung. Die drei Hauptsätze der Thermodynamik wurden formuliert und die Grundlagen der Katalyse von OSTWALD systematisch untersucht und für großtechnische Prozesse genutzt. Dass die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen sehr oft Gleichgewichtsreaktionen sind, erkannte man frühzeitig. Wie diese Gleichgewichte quantitativ beschrieben werden können und auf welche Weise diese beeinflusst werden können, wurde auch von CATO MAXIMILIAN GULDBERG und PETER WAAGE untersucht.

Wissenschaftlicher Lebenslauf

PETER WAAGE wurde am 29. Juni 1833 in dem kleinen Ort Flekkefjord (Norwegen) als Sohn eines Kapitäns geboren. Sein Vater ermöglichte ihm ein Medizinstudium, das er 1858 als zu langweilig empfand und in die Naturwissenschaften wechselte. Als Chemiestudent erhielt er 1859 eine Goldmedaille für seine Abhandlung „Die Theorie der Radicale der Sauerstoffsäuren“ und wurde Universitätsstipendiat. Nach einem kurzen Forschungsaufenthalt bei ROBERT BUNSEN in Heidelberg berief ihn die Universität Christiania schon 1862, also vier Jahre nach Beginn seines Chemiestudiums, zum Professor für Chemie.

Hier begann er zusammen mit seinem Schwager CATO MAXIMILIAN GULDBERG mit der Erforschung der „chemischen Affinität“. Darunter verstand man damals die Triebkräfte chemischer Reaktionen und die Möglichkeit ihrer Beeinflussung.
Bereits in ihrer ersten grundlegenden Arbeit formulierten GULDBERG und WAAGE 1864 wichtige Aussagen zur Lage von chemischen Gleichgewichten in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen Masse und Temperatur. 1867 erkannten sie, dass die Reaktionsgeschwindigkeit proportional zur „aktiven Masse“, also der Zahl der Moleküle pro Volumeneinheit, und damit ihrer Konzentration, ist. Diese Arbeiten blieben jedoch lange Zeit unbeachtet und wurden erst 1877 von OSTWALD und VAN'T HOFF aufgegriffen.

Dadurch in ihren Ergebnissen bestätigt, publizierten GULDBERG und WAAGE 1879 das „Gesetz der Massenaktion“, das später als Massenwirkungsgesetz (MWG) bezeichnet wurde. Es besagt, dass eine Reaktion bei einer bestimmten Temperatur scheinbar zum Stillstand kommt, wenn das Verhältnis aus dem Produkt der Konzentrationen der Reaktionsprodukte und dem Produkt der Konzentrationen der Ausgangsstoffe einen konstanten Wert erreicht. In diesem dynamischen Gleichgewichtszustand sind die Geschwindigkeit der Hinreaktion und der Rückreaktion gleich groß. Mit der Formel für die Gleichgewichtskonstante $K_{\text{C}}$ lässt sich die Lage jedes chemischen Gleichgewichts quantitativ beschreiben (Rechenbeispiel 1).

Diese Formel beschreibt auch die „Konzentrationsabhängigkeit“ des chemischen Gleichgewichts. Da $K_{\text{C}}$ bei einer gegebenen Temperatur konstant ist, führt eine Konzentrationsänderung eines Stoffes dazu, dass sich auch die Konzentrationen der anderen Stoffe ändern müssen, damit $K_{\text{C}}$ auch konstant bleibt. So führt eine Konzentrationserhöhung des Ausgangsstoffs A dazu, dass auch mehr Reaktionsprodukte C und D gebildet werden müssen. Verringert man die Konzentration des Reaktionsprodukts C, dann müssen mehr Ausgangsstoffe A und B verbraucht werden.
In beiden Fällen ändert   sich der Wert der Konstante $K_{\text{C}}$ und damit die Lage des Gleichgewichts nicht, wohl aber die Ausbeute der Reaktion.  

Die Abhängigkeit der Lage des Gleichgewichts von der Temperatur und dem Druck wurde in den Folgejahren von LE CHATELIER und BRAUN untersucht. Sie formulieren 1887 das Prinzip des kleinsten Zwangs, das nur wenig mit dem Massenwirkungsgesetz zu tun hat, da es sich auf qualitative Aussagen beschränkt.
Den quantitativen Zusammenhang zwischen der Gleichgewichtskonstante und der Temperatur entdeckte erst VAN'T HOFF mit der nach ihm benannten Gleichung (Rechenbeispiel 2).

Neben seinen Untersuchungen zum Massenwirkungsgesetz veröffentlichte WAAGE nur wenige andere Arbeiten zur anorganischen und organischen Chemie. Erwähnenswert ist die Entwicklung eines „Ebulliometers“ zur Bestimmung des Alkoholgehalts im Bier auf der Grundlage der Siedepunktbestimmung. Des Weiteren war er Mitglied der norwegischen Akademie der Wissenschaften und der renommierten Chemischen Gesellschaft in London. Außerdem arbeitete WAAGE als Redakteur der naturwissenschaftlichen Zeitschrift „Polyteknisk Tidskrift“.

Er starb am 13. Januar 1900 in Christiania (Oslo).

Bedeutende Leistungen

• Formulierung des Massenwirkungsgesetzes
   
• Erfindung eines „Ebulliometers“ zur Alkoholbestimmung