100. Geburtstag von Erich Hückel

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    100. Geburtstag von Erich Huckel

    Gerno t Fren king

    Anfang der 30er Jahre war Hiickels quantentheoretische Behandlung chemischer Probleme neu - so neu, dai3 sie lange Zeit unbeachtet und unverstanden blieb. Heute bildet die

    Hiickel-Regel eines der Fundamente unseres Verstandnisses der Struktur und der Reaktivitat von Molekiilverbindungen.

    as Jahr 1896 war ein Ge- ner Werke. Wiirde man dies tun, burtsjahr fur gleich drei ware Erich Hiickel sicherlich

    einer der am haufigsten zitierten Pioniere der Quantenchemie: Friedrich Hund, Robert S. Mul- Wissenschaftler in der modernen liken und Erich Hiickel. Der chemischen Literatur. Die le- 100. Geburtstag von Friedrich gendare 4n+2-Regel gehort Hund [I] wurde kiirzlich mit wie die Woodward-Hoffmann- einem Festkolloquium der Uni- Regeln inzwischen zum Lehr- versitat Gottingen gefeiert. buchwissen. Robert S. Mulliken [2], der 1966 fur seine quantenchemischen Ar- beiten den Nobelpreis fur Che- mie erhielt, starb im Jahre 1986. Erich Hiickel [3], der am 9. Au- Erich Hiickel wurde am 9. Au- gust 1996 100 Jahre alt geworden gust 1896 als zweites von drei ware, lehrte und forschte von Kindern der Eheleute Armand 1937 bis zu seiner Emeritierung und Marie Hiickel in Berlin ge- im Jahre 1962 25 Jahre lang als boren. Sein Vater war Mediziner, Professor fur Theoretische Phy- dem eine Hochschullehrerkarrie- sik an der Philipps-Universitat re durch eine unstandesgemafle Marburg. Aus diesem Anlafl ver- Heirat mit der Tochter eines anstalteten die Fachbereiche Kleinbauern unmoglich gemacht Physik, Physikalische Chemie wurde. Erich Hiickel schreibt in und Chemie der Universitat seiner Autobiographie: Jhr Marburg am 28. Oktober 1996 ganzes Leben lang verband meine ein Festkolloquium, das dern Eltern eine tiefe und unverbriich- Gedenken an den Physiker Erich liche Liebe". Und zum Tod der Hiickel gewidmet war, dessen Mutter im Jahr 1947 schreibt er: wissenschaftliches Hauptwerk ,,Wir haben die besten Eltern ge- einen enormen Einflufi auf den Marie und Armand Hiickel rnit ihren Sohnen Walter, Rudi und habt, die es geben kann." In die- konzeptionellen Fortschritt in Erich (von links) in Charlottenburg (1899) sem behiiteten Elternhaus wuch- der Chemie hatte. Dieser Einflui3 sen Erich und seine Briider Wal- setzte jedoch erst mit einer Verzogerung von terpretationen der elektronischen Struktur ter und Rudi in Gottingen heran, wohin die rund 20 Jahren ein, um dann aber bis auf den des Benzols, aufbauend auf den Ergebnissen Familie 1899 zog und wo die Eltern bis zu heutigen Tag mit ungebrochener Aktualitat von Erich Hiickel, zu horen [4]. Aufsatze ihrem Tod wohnen blieben. nicht nur in der Theoretischen Chemie, son- und Monographien iiber Aromatizitat basie- dern auf fast allen Gebieten der Chemie in ren inzwischen auf den Hiickelschen Arbei- In Gottingen ging Erich Hiickel zur Schule immer neuen Facetten wirksam zu werden. ten [5]. In der modernen chemischen Lite- und bestand am dortigen ,,Koniglichen Gym-

    ratur werden die auf Hiickels Arbeiten nasium" im Jahre 1914 das Abitur. Der Vater Auf der im Juli 1996 durchgefiihrten Welt- zuriickgehenden Interpretationen von Mole- war naturwissenschaftlich interessiert und Konferenz der World Association of Theore- kiilstrukturen und Reaktionsmechanismen mit der Physik gut vertraut. Im Hause tically Oriented Chemists (WATOC) war ein zwar mit seinem Namen verkniipft, aber Hiickel wurden physikalische Apparate ge- einstiindiger Vortrag allein den jiingsten In- schon langst nicht mehr mit Zitatangabe sei- baut und beriihmte Experimente wiederholt,

    D

    Kindheit, Jugend, Ausbildung

    Chemie in unserer Zeit/31. Jahrg. 1997/ Nx I 0 VCH Verlagsgesellschafi mbH, 69469 Weinheim, 1997 0009-28f,1/97/0102-0027 $5.00 + .2f,/O

  • 28 100. Geburtstag von Erich Huckel

    was das Berufsziel von Erich sicherlich rnit beeinflufit hat. Von 1914 - 1916 studierte er Physik an der Universitat Gottingen, bevor er, bedingt kriegstauglich, zunachst als Hilfs- kraft in der ,,Modellversuchsanstalt fur Aero- dynamik" in Gottingen, dann bis zum Ende des 1. Weltkrieges als Assistent beim ,,See- flugzeugversuchskommando Warnemiinde" eingesetzt wurde. Nach Kriegsende setzte Er- ich Hiickel 1918 sein Physikstudium in Got- tingen fort. Er schlofi sein Studium rnit einer Dissertation auf dem Gebiet der Experimen- talphysik ab. Die Doktorarbeit wurde bei Pe- ter Debye angefertigt und trug den Titel ,,Zer- streuung von Rontgenstrahlen". Dies war am 26. Januar 1921.

    Wege und Umwege

    Was nun folgte, war aus beruflicher Sicht eine Serie von vielen, unsicheren Stationen, die materielle Absicherung war nur temporar, die Hoffnung auf eine Dauerstelle erfullte sich nicht. Diese Phase der Unsicherheit dauerte 16 Jahre, vom Abschlufi der Promotion 1921 bis zurn Ruf auf eine aufierordentliche Pro- fessur fur Theoretische Physik an die Phi- lipps-Universitat Marburg im Jahr 1937. Gleichzeitig war es die wissenschaftlich fruchtbarste Zeit im Leben Erich Huckels, die in den beruhmten vier Publikationen iiber das Benzolproblem aus den Jahren 1931 - 1933 ihren fruhen Hohepunkt fand [6 - 91.

    Die ersten beiden Stationen waren Assisten- tenstellen bei David Hilbert und Max Born in Gottingen. Das Angebot des Mathematikers Hilbert an den Experimentalphysiker Erich Huckel kam fur diesen vollig iiberraschend. Er konnte es sich auch spater nur damit er- klaren, dafi er als Student einmal in einem Se- minar einen heftigen Streit mit Hilbert hatte, bei dem er sich hartnackig verteidigt hatte. Aus der Zeit mit Max Born stammt die Verof- fentlichung ,,Zur Quantentheorie mehrato- miger Molekule" [lo], die zwar unbedeutend blieb, aber zum erstenmal das Augenmerk von Hiickel auf die Anwendung der Quan- tentheorie auf chemische Probleme lenkte. Im Herbst 1922 verlief3 Erich Hiickel Gottingen und folgte seinem Doktorvater Peter Debye nach Zurich, der dort eine Professur fur Ex- perimentalphysik an der Eidgenossischen Technischen Hochschule (ETH) ubernom- men hatte. In Zurich habilitierte sich Erich Hiickel im Jahre 1925 mit der Arbeit ,,Zur Theorie konzentrierter wassriger Losungen starker Elektrolyte" [I 11. Diese Arbeit, die als Debye-Huckel-Theorie Eingang in die Lehr-

    Peter Debye (1884-1966), Nobelpreis 1936

    biicher fand, ist neben seinen epochalen Beitragen zur Quantenchemie das zweite Werk, das mit seinem Namen verkniipft ist.

    Denkmodelle der Physik - fur die Chemie

    Im gleichen Jahr heiratete Erich Hiickel An- nemarie Zsigmondy, die Tochter des spateren Nobelpreistragers fur Chemie, Richard Zsig- mondy. Die beiden hatten sich noch in Got- tigen kennengelernt, wo Richard Zsigmondy Professor fur Anorganische Chemie war. Er- ich und Annemarie Huckel blieben bis 1927 in Zurich. Nach funf Jahren als Assistent an der ETH erhielt Erich Huckel ein Stipendi- um der Rockefeller-Stiftung fur die Dauer von zwei Jahren. Er verbrachte die Zeit von 1927 bis 1929 zum groaten Teil in London. Wichtiger als sein dortiger Aufenthalt war fur seine wissenschaftliche Entwicklung ein Be- such bei Nils Bohr in Kopenhagen. Bohr

    Erich, Walter und Rudi Hiickel (von links)

    Annemarie Zsigmond y, spatere Frau Hiickel

    machte ihn auf die kurzlich erschienene Pu- blikation von Heitler und London aufmerk- Sam, in der mit Hilfe der neuentwickelten Quantentheorie am Beispiel des Wasserstoff- molekuls zum erstenmal eine Berechnung und ErMarung der chemischen Bindung vor- gestellt wurde, die in Ubereinstimmung mit den physikalischen Grundgesetzen ist [12]. Hiickel schreibt in seiner Biographie 1131: ,,Bohr meinte nun, man konne versuchen, auch die sogenannte Doppelbindung, wie sie insbesondere in vielen Fallen zwischen zwei benachbarten Kohlenstoffatomen in der Or- ganischen Chemie angenommen wird, zu er- klaren. Dies wurde dann tatsachlich das Pro- blem, das ich anzugreifen versuchte und das mich durch Erweiterung auf daran anschlie- fiende Probleme und Fragen mehrere Jahre beschaftigte. So entstand schliei3lich daraus mein wissenschaftliches Hauptwerk."

    Huckel begann unverziiglich mit seinen Ar- beiten iiber die quantentheoretische Behand- lung der Doppelbindung, die er mit einem Stipendium der ,,Notgemeinschaft der deut- schen Wissenschaft" in Leipzig im Jahre 1930 fortsetzen konnte. Noch im gleichen Jahr er- schienen die beiden Publikationen ,,Zur Quantentheorie der Doppelbindung" [14] und ,,Zur Quantenrheorie der Doppelbin- dung und ihres stereochemischen Verhaltens" [15]. Nachzutragen bleiben zwei wichtige, personliche Ereignisse. 1927 starb nach langer Krankheit Erich Huckels Vater. Ein Jahr spa- ter, am 4. Juli 1928, wurde Richard, das erste

    Chemie z p a unserer Zeit / 31, Jnhrg. 1997 / Nv. 1

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    von vier Kindern von Erich und Annemarie Huckel geboren.

    Es war eine schwierige Situation fur die junge Familie. Erich Huckel schreibt [13]: ,,Ich stand also zwischen zwei Stuhlen, der Physik und der Chernie, die fur mich nicht in Frage kamen, und dazwischen vor dem Nichts. So waren auch alle Versuche, eine Assistenten- stelle oder gar eine Professur zu erhalten, ver- geblich. Schliei3lich gelang es Debye, einige Professoren der Technischen Hochschule Stuttgart zu veranlassen, dort fur mich einen Lehrauftrag einzurichten. Dieser Lehrauftrag war aber keine planmafiige Stelle, sondern wurde aus verschiedenen Stiftungen bezahlt, und zwar sehr schlecht; aui3erdem blieb es von Semester zu Semester unsicher, ob die Mittel weiter bewilligt wiirden. Da die The- men, iiber die ich vortrug, neu waren und kaum einen Studenten interessierten, bekam ich nur sehr wenig Horer. Zudern hatte der Vertrag eine Klausel, nach der ich meine Be- ziige nicht voll ausgezahlt bekam, wenn sich nicht rnindestens drei Horer fur meine Vorle- sungen eingeschrieben hatten. Es kam vor, dai3 einzelne Studenten sich fur meine Vorle- sung nur pro forma einschrieben, damit ich nicht eines Teils meines Einkommens verlu- stig ginge. Ich blieb in diesen unwurdigen und mich psychisch sehr belastenden Um- standen von 1930 - 1937 in Stuttgart. Anne sprach und spricht immer noch von unseren sieben Jahren der Schmach. Spater sollte es sich herausstellen, dai3 es die fruchtbarsten Jahre. meiner wissenschaftlichen Arbeit wa- ren". Die ,,sieben Jahre der Schmach" wurden materiel1 etwas gelindert durch zwei kleinere Erbschaften von Erich Huckel, die der bald funhopfigen Familie das Auskommen er- leichterten. 1931 wurde der zweite Sohn Bern- hard geboren, 1933 der dritte Sohn Manfred.

    Noch in Leipzig hatte Huckel begonnen, am Benzolproblem zu arbeiten, und die erste der insgesamt vier Arbeiten erschien bereits An- fang 1931 [6]. Es war dies gleichzeitig seine Habilitationsschrift fur die Technische Hoch- schule Stuttgart, da seine Zuricher Habilitati- on nicht anerkannt wurde. Die anderen Pu- blikationen in dieser Serie folgten Ende 1931, 1932 und 1933 [7 - 91. Weitere Arbeiten aus den Jahren 1934 - 1937 sind eher als Auslau- fer der Tetralogie zu sehen [16]. In der ersten Benzolarbeit [6] geht Huckel das Problem der elektronischen Struktur mit zwei Nahe- rungsmethoden an, die er als ,,erste Methode" und ,,zweite Methode" bezeichnet. Die erste Methode entspricht nach heutiger Bezeich-

    Familie Erich Hiickel(l946)

    nungsweise der VB-Theorie, die zweite Me- thode der MO-Theorie, die im Rahmen der Hiickelschen Naherungen als HMO-Theorie (Huckel-MO-Theorie) Eingang in die Litera- tur gefunden hat [17]. Huckel erkannte, dai3 die MO-Theorie wesentlich besser dazu ge- eignet war, die elektronische Struktur von Verbindungen mit konjugierten Doppelbin- dungen zu untersuchen. Er schreibt in seiner ersten Benzolarbeit, dafi ein cyclisches System mit sechs Doppelbindungselektronen ,,in ge- wissem Sinne einer abgeschlossenen Elektro- nengruppe entspricht. Dies ist nun aus den Ergebnissen der zweiten Methode ohne wei- teres zu erkennen." Als Linus Pauling kurz darauf in seinen quantentheoretischen Arbei- ten uber die chemische Bindung aromatische Verbindungen ausschliei3lich mit der VB-Me- thode erklart und Huckels Arbeiten nur am Rande erwahnt [18], ist Huckel erbost. Die letzten Zeilen seiner Autobiographie gelten Paulings Buch ,,Die Natur der Chemischen Bindung" [19], uber das er schreibt: ,,Man kann daher uber das Paulingsche Buch das aussagen, was David Hilbert einmal in einem Nachruf auf einen Kollegen geadert hat: ,,Es ist ihm gelungen, den Fortschritt der Wissen- schaft 20 Jahre lang aufzuhalten". Eine uber- zogene Kritik, die das Mai3 an Bitterkeit uber mangelnde Anerkennung seiner Arbeit deut- lich erkennen lai3t.

    lgnoriert und unverstanden

    Damit komme ich zu der nicht leicht zu be- antwortenden Frage, warum die Bedeutung

    von Huckels Arbeiten fur die Chemie erst so spat erkannt wurde. In Deutschland war die Resonanz praktisch gleich Null. Dies lag si- cherlich an der Vorherrschaft der synthetisch- experimentellen Ausrichtung der Chemie, deren Vertreter kein Verstandnis fur die neu- artige und rein mathematische Bearbeitung von chemischen Fragestellungen aufbrachten. Dazu mui3 man die eigenartige Geschichte der Chemie als Wissenschaft bedenken, die ohne Einblick in die Natur der chemischen Bindung mit Hilfe heuristisch abgeleiteter Modelle eine unglaubliche Fahigkeit ent- wickelt hatte, die materielle Umwelt auf molekularer Ebene einzuordnen und mit Hilfe von empirischen Regeln gezielt zu ver- andern. Dies war nicht nur wissenschaftlich eine groi3e Leistung, sondern hatte direkte wirtschaftliche Konsequenzen. Die Produkte dieser empirischen Forschung bildeten be- reits 1925 die Grundlage eines zunehmend wichtiger werdenden Industriezweiges, der chemischen Industrie. Hierauf waren die Chemiker zu Recht stolz, und sie hatten diese Erfolge ohne jede Kenntnis der Natur der chemischen Bindung errungen. Die Chemie ist ein Beispiel dafiir, dai3 man eine Wissen- schaft erfolgreich anwenden kann, ohne ihre Grundlagen zu kennen. Hartmann und Lon- guett-Higgins schreiben in ihren biographi- schen Notizen [20], dai3 zur damaligen Zeit in Deutschland Chemie definiert wurde als das, was Chemiker tun. Da Chemiker keine quan- tenchemischen Untersuchungen durchfuhr- ten, gehorten solche Arbeiten folgerichtig nicht zur Chemie. In den angelsachsischen

    Chemie in unseyeu Zeit /31. Jahug. 1997 / N K 1

  • 30 ZOO. Geburtstag von Erich Hiickel

    Landern war man gegenuber der Quanten- chemie etwas offener, aber dieses Gebiet wur- de bald von den Arbeiten und vom charisma- tischen Einflufi Linus Paulings dominiert.

    Es wird oft gesagt, dafl Huckels Arbeiten in einer fur den Chemiker unverstandlichen, ma- thematischen Sprache geschrieben sind. Liest man Huckels Arbeiten im Original, k m n man dem nicht ganz zustimmen. Neben den ma- thematisch anspruchsvollen Teilen gibt es lan- ge Passagen, in denen er in einer verstandli- chen Ausdrucksweise weitere cyclisch-konju- gierte Verbindungen diskutiert und iiber die mogliche Herstellung neuer, noch unbekann- ter Verbindungen spekuliert [6 - 91. Das liest sich teilweise erstaunlich frisch und aktuell. Amusant ist der Hinweis, dafi Ringsy...