Rätsel, wie sich ein schweres Holzscheit einfach so in Luft auflösen konnte und nur einen dünnen Hauch von Asche hinterließ, der mit einem Windstoß im Nichts verschwand.
Auch hier können wir uns erlauben, die alten Griechen zu übergehen, und wagen den Sprung von 40.000 Jahren vor unserer Zeit hinein in ein Europa, das sich mit großen Schritten auf die Zeit der Aufklärung zubewegte. Der erste, der einsah, dass zwischen Feuer, Sauerstoff und Kohlenstoff eine Schicksalsverbindung bestand, und der erste, der CO2 als Resultat von brennender Holzkohle beschrieb, war Jan Baptiste von Helmont, geboren im Jahre 1580 in Brüssel.10 Ihm wurde auch die Ehre zuteil, als Erfinder des Wortes Gas gehandelt zu werden. Helmont machte Versuche an Pflanzen und wog die Erde, in der sie wuchsen, sowohl vor als auch nach der Wachstumsphase. Das Gewicht der Erde änderte sich nicht, aber die Pflanzen waren schwerer geworden. Was war der Grund für diese Gewichtszunahme? Wasser, lautete Helmonts Schlussfolgerung, die Pflanzen Page 31bekamen Wasser, und dieses wiederum verschwand. Bezüglich dieser Schlussfolgerung könnte man, zumindest im Lichte der aktuellen Erkenntnisse, ein bisschen Respekt vor Helmont verlieren, der in seine Überlegungen CO2 nicht mit einbezogen hatte. Alle Forscher treten in die Fußstapfen ihrer Vorgänger, doch es ist unwahrscheinlich, dass Helmonts Entdeckungen allgemein bekannt waren. Das Rad wird verblüffend oft neu erfunden, und zu jener Zeit waren neue wissenschaftliche Erkenntnisse nicht einfach mit ein paar Mausklicks zu finden und herunterzuladen.
Zu denjenigen, die um einen Platz auf dem Siegertreppchen für die Entdeckung von CO2 kämpfen, gehört auch der Schotte Joseph Black11, geboren im Jahre 1728 und seit 1756 Professor der Anatomie und Chemie(!). Scharfsinnig, wie er war, registrierte er, dass Kalkstein, dem Säure zugeführt wird, ein Gas produziert, das er »fixierte Luft« nannte. Er kam zu dem Schluss, dass es sich dabei um dasselbe Gas handelt, das wir ausatmen. Ein weiterer Pionier, der in die unsichtbare Welt der Gase vordringen wollte, war der Engländer Joseph Priestley. Priestley und Black waren gleichen Alters, doch Priestley hatte noch ein paar Talente mehr als sein Namensvetter: Er war Theologe, Philosoph, Chemiker und Pädagoge. Seine Ideen zum Utilitarismus inspirierten zentrale Denker wie Jeremy Bentham, John Stuart Mill und Herbert Spencer. Page 32Der Utilitarismus beschreibt vereinfacht, dass alle Handlungen und Dinge die höchst mögliche Zufriedenheit für eine höchst mögliche Anzahl Individuen zum Ziel haben sollten (und zwar nicht etwa Zufriedenheit im hedonistischen Sinne, sondern in Form der Möglichkeit, die eigenen Ziele zu verwirklichen).
Es ist nicht auszuschließen, dass Priestley Kenntnis von Blacks Entdeckungen hatte, doch erst die Gespräche mit Benjamin Franklin Ende des 18. Jahrhunderts inspirierten ihn dazu, sich voll und ganz der Wissenschaft zu widmen. Priestley wies nach, dass CO2, das beispielsweise bei der Gärung von Bier entstand, in besonders hoher Konzentration Feuer und auch Tiere ersticken konnte. Mit Interesse vermerkte er außerdem, dass Pflanzen sich in CO2 äußerst wohlfühlten, und entdeckte im Gegensatz zu seinem Vorgänger Helmont, dass CO2 der Hauptfaktor für das Wachstum von Pflanzen war. Damit war er dem großen Kohlenstoffzyklus, dem Wechsel zwischen Photosynthese und Respiration (Zellatmung), auf der Spur. Er war außerdem der Meinung, dass das Gas beinahe unendlich viele Anwendungsmöglichkeiten hatte. 1772 verfasste er den Artikel Directions for Impregnating Water with Fixed Air12 – das Ur-Rezept für »Sprudel«, also Mineralwasser. Er ging davon aus, dass Mineralwasser eine Reihe von Page 33Anwendungsmöglichkeiten bot, sowohl gesundheitlicher Art als auch in anderen Bereichen. Priestley hätte an dieser Stelle das Fundament für eine bedeutende Industrie legen können, doch stattdessen übernahm ein Einwanderer aus der Schweiz namens Johann Jacob Schweppe die Idee. Im Jahre 1792 etablierte er das London Soda Water Business.13
Priestley gewann sein CO2 durch Gärung, welche ja an sich auch ein Verbrennungsprozess ist - der finale Schritt der Zellatmung von Hefezellen: Hier werden Zucker und Stärke unter Luftabschluss in CO2 umgewandelt. Darüber hinaus brachte er CO2 jedoch nicht mit Feuer in Verbindung - mit Ausnahme seiner Beobachtung, dass große Mengen CO2 Feuer erstickten.
Die Bläschen im Bier – und auch in Schweppes-Getränken – werden im Volksmund Kohlensäure genannt, obwohl Kohlenstoff erst dann eine schwache Säure bildet, wenn er sich mit Sauerstoff zu CO2 und dann mit Wasser verbindet.
Auch beim »Sauerstoff« allein ist es trotz des Namens mit der Säurewirkung nicht weit her. In der Kohlensäure bindet der Kohlenstoff die beiden H-Atome und den Sauerstoff des Wassers zusätzlich zu den beiden Sauerstoff-Atomen, die es im CO2 bereits gab (siehe Abb. 2).
Abbildung 2: H 2 CO 3 , wahrscheinlich die häufigste und wichtigste Säure der Welt, wenngleich auch eine der schwächsten.
Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen CO2, Wasser und Kohlensäure: CO2+H2O=H2CO3.
Sauer reagiert diese Verbindung, weil sie die beiden Wasserstoffatome als Protonen (H+) freisetzen kann – was chemisch gesehen die Haupteigenschaft einer Säure ist.
C, O und H können unendlich viele Verbindungen eingehen, aber genau diese Reaktion ist die wichtigste, nicht zuletzt für Wasser. Sie liefert den Grund dafür, dass Süßwasser im Gleichgewicht mit dem CO2 in der Luft schwach sauer reagiert. Und sie trägt wesentlich zur Page 34Übersäuerung der Meere bei, da mehr CO2 in der Luft dazu führt, dass auch im Wasser mehr H2CO3 produziert werden kann. Aber dazu kommen wir später noch.
Die vielen mehr oder weniger losen roten Fäden der Forschungsarbeiten rund um Feuer, Luft und Kohlenstoff laufen im Revolutionsjahr 1789 in Paris zusammen und münden in Antoine Lavoisiers bahnbrechendem Lehrbuch Traité Élémentaire de Chimie.14 Lavoisier führt Kohlenstoff dort als nicht metallisches Element auf, das die Eigenschaften besitzt, zu versauern und zu oxidieren – also zu verbrennen. Doch auch wenn Lavoisiers Buch das Ansehen der Chemie als Wissenschaft in vieler Hinsicht stärkte, so basieren seine Abhandlungen über Kohlenstoff auf den Ideen anderer. Dabei wird nicht ganz klar, wem für welche Ideen die Ehre gebührt. Priestley hat nicht nur die Existenz von CO2 und dessen Eigenschaften entdeckt, sondern auch den Sauerstoff, wobei er sich diese Ehre Page 35mit Lavoisier und dem Schweden Carl Wilhelm Scheele teilen muss. 1777, 12 Jahre vor Erscheinen von Lavoisiers Lehrbuch, veröffentlichte Scheele das Buch Chemical Treatise on Air and Fire,15 in dem er die Prinzipien von Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff beschreibt. Den Sauerstoff entdeckte Scheele am 1. August 1772 beim Erhitzen von Quecksilberoxid. Heutzutage hätte Scheele seine Ergebnisse sofort publiziert, um sich den Status als Entdecker zu sichern, aber im 18. Jahrhundert ging alles langsamer vonstatten. Erst 1774 schrieb Scheele einen Brief, in dem er seine Experimente darlegte, an Lavoisier, der bereits den Status als zeitgenössischer Chemiker par excellence genoss, und bat ihn um Rat für weitere Versuche.
Zur selben Zeit beobachtete Priestley, dass Pflanzen in einer geschlossenen Kammer und unter Beleuchtung die Luft von CO2 »reinigen« können. Nachdem die Pflanzen ihre Arbeit erledigt hatten, konnte in der Kammer eine Kerze brennen und ein Tier atmen. Auch Priestley unternahm Versuche mit der Erhitzung von Quecksilberoxid und verzeichnete ebenfalls das Freiwerden von Sauerstoff. Er veröffentlichte seine Ergebnisse 1775 und damit offiziell früher als Scheele. Ähnlich wie Scheele konsultierte Priestley den großen Lavoisier, aber ihm genügte ein Brief nicht, er reiste persönlich nach Paris und diskutierte seine Experimente vor Ort mit dem berühmten Page 36französischen Chemiker. Lavoisier hörte interessiert zu und unternahm sofort seine eigenen Versuche. Er verstand, dass Sauerstoff die Essenz des Feuers war. Die Flammen hatten keine mystische oder »essenzielle« Substanz, wie bis dahin angenommen. Er berechnete, dass die Atmosphäre zu 25 Prozent aus Sauerstoff bestand – beeindruckend nah an dem tatsächlichen Anteil von 21 Prozent. Doch hätte Lavoisier nicht großzügiger gegenüber Priestley sein und dessen Errungenschaften anerkennen sollen, ganz zu
