Chemistry in the Work of Goethe

In famous publications, “Chemistry in the Work of Goethe” is a circa 2002 article written by German organic chemist Volker Wiskamp the result of class noted, discussion, and homework problems from an interdisciplinary circa 1997-2001 high school chemistry course on the relationship philosophy and moral implications of Goethe's Elective Affinities (1809) and a second similar similar project which had the focus on science and religion.

Origin
The following explains where the article originated:

“The website [article: “Chemistry in the Work of Goethe”] was written approximately 10-years ago, but it has not been published in any journal. 10-15 years ago [1997-2002], I had a cooperation with a high school in Darmstadt [Germany]. One focus of that cooperation was to bring different fields of teaching together. At that time Goethe’s novel ‘affinities’ was discussed in the German class and the 16-year-old pupils watched an Italian movie on Goethe’s novel. The chemical aspects in that novel were discussed in the chemistry class and analogies between chemical interactions and human interactions, especially love, were worked out. The text which I put onto my website is the result of that class, a class report, so to say. A few years later I was involved in a similar project which had the focus on science and religion.”
Volker Wiskamp (2012), explanation of origin of 2009-published online article “Chemistry in the Work of Goethe” [2]

(add discussion)

Article
The following is the original German and English translation of Volker Wiskamp's “Chemistry in the Work of Goethe”: [1]

German
English
Chemie im Werk von Goethe

Die Wahlverwandtschaften chemisch betrachtet

Faust, das berühmteste Werk Goethes, ist ein alchemistisches Drama. Der historische Faust lebte zur Hochblütezeit der Alchemie. Die Alchemisten wollten u.a. verstehen, was die Welt im Innersten zusammen hält. Sie waren davon überzeugt, dass nicht nur der Makro-, sondern auch der Mikrokosmos das Leben der Menschen prägt. Sie glaubten daran, dass nicht nur die Bewegungen der Sterne, der Wechsel von Ebbe und Flut, von Tag und Nacht oder von Sommer und Winter etwas für die Menschen bedeutet, sondern dass auch die Veränderungen der Materie (der Moleküle) menschliches Leben und menschliche Beziehungen widerspiegeln.

Faust ist ein alter Gelehrter, der alles - auch die Alchemie - studiert und doch das Gefühl hat, nichts wirklich zu verstehen. Deshalb ist er frustriert. Hier sein berühmter Monolog, an wenigen Stellen (kursiv) von einem Chemiker modifiziert:

Habe nun, ach! Philosophie, Juristerei und Medizin durchaus studiert, mit heißem Bemühn,Da steh ich nun, ich armer Tor! Und bin so klug als wie zuvor;
Heiße Doktor, heiße Professor gar, Und ziehe schon so manches Jahr
Tagein, tagaus und quer und krumm Meine Schüler an der Nase rum -
Und sehe, dass wir nichts wissen können! Das will mit schier das Herz verbrennen.
Es ist mit alle Freud entrissen, Bilde mir nicht ein, was Rechtes zu wissen,
Bilde mir nicht ein, ich könnte was lehren, Meine Schüler zu bessern und zu bekehren.
Auch hab ich als Lehrer viel zu wenig Geld, hab keine Ehr und Herrlichkeit der Welt;
Es möchte kein Hund so länger leben! Drum hab ich mich der Chemie ergeben,
Ob mir durch der Moleküle Kraft und Mund Nicht manches Geheimnis würde kund;
Dass ich nicht mehr, mit sauerm Schweiß, Zu sagen brauche, was ich eh nicht weiß;
Auf dass ich erkenne, was die Welt Im Innersten zusammenhält.

Was Faust noch auszeichnet ist seine Geilheit nach jungen Mädchen; er ist einer der größten Machos der Weltliteratur. Deshalb scheut er auch nicht davor zurück, mit dem Teufel einen Pakt zu schließen, wobei er verabredungsgemäß verjüngt wird und sich als attraktiver junger Mann an ein 14jähriges Mädchen heran machen und dieses schwängern kann. Der Glaube an die ewige Jugend, die man u.a. mit Hilfe des Steins des Weisen erreichen kann, war auch bei den Alchemisten ausgeprägt.

Goethe lebte zur Zeit der Chemischen Revolution. Lavoisier hatte in Paris zeitgleich mit der Französischen Revolution die Grundlagen für die wissenschaftliche Methodik der Chemie im heutigen Sinne erarbeitet, Liebig rund 50 Jahre später in Gießen wissenschaftliche Perfektion erreicht. Goethe, der ein bedeutender Förderer der Naturwissenschaft war, kannte die Neuentwicklungen in der Chemie recht gut, z.B. auch eine Arbeit des Schweden Bergman mit dem Titel Untersuchungen über die Wahlanziehungen, in der es u.a. um die Reaktion von Calciumcarbonat mit Schwefelsäure ging. Diese Umsetzung hat Goethe in seinem Gesellschaftsroman Die Wahlverwandtschaften als Gleichnis für Liebe und Ehebruch gedeutet. Für einen Chemiker von heute ist es faszinierend, Goethes Gedankengänge, die denen der Alchimisten in Hinblick auf die Analogie von Vorgängen im Mikrokosmos und im menschlichen Leben ähneln, nachzuvollziehen und weiter zu entwickeln. Dabei muss dem Dichter hoher Respekt vor seinem chemischen Sachverstand ausgesprochen werden, denn immerhin war Goethes Fachwissen kaum größer als das, was heute im Chemie-Anfängerunterricht (der Klasse 8) vermittelt wird.

Chemie und Handlung des Romans

Die vier Personen, Charlotte, Eduard, Otto und Ottilie werden in den chemischen Gesprächen, die im über 300seitigen Roman etwa 10 Seiten umfassen, zunächst mit den abstrakten Buchstaben A, B, C, und D, später auch mit chemischen Stoffen benannt.

A ... Charlotte ... Carbonat-Anion
B ... Eduard ... Calcium-Kation
C ... Otto ... Proton
D ... Ottilie ... Sulfat-Anion

Am Anfang ist da das Ehepaar Charlotte und Eduard, A-B. Hinzu kommt Eduards Freund Otto, C. Charlotte ist zunächst gegen dessen Kommen. Sie befürchtet nämlich, dass Eduard durch den Ankömmling zu stark von ihr weggezogen und ihre harmonische Ehe beeinträchtig werde, dass sie durch eine Beziehung zwischen Eduard und Otto, B-C, - nicht im Sinne einer Homosexualität, sondern einer echten Männerfreundschaft -, recht verlassen zurück bliebe.

Eduard sieht diese Problematik auch und stimmt deshalb Charlottes Vorschlag zu, deren Nichte Ottilie, D, in ihrem Haus aufzunehmen, in der Erwartung, dass mit einer sich ausbildende Frauenfreundschaft, A-D, Charlotte für die vorüber gehende Zeit nicht alleine bliebe.

Noch bevor Ottilie ankommt, scherzt Eduard, dass zwischen Otto und Ottilie eine Beziehung, C-D, entstehen könne. Wenn dieser Verkupplungsversuch gelänge, wäre dies für Eduard nicht schlimm, denn er hätte dann ja wieder mehr Zeit sich seiner Ehefrau zu widmen, zu der er ja sowieso gehöre.

Kaum ist Ottilie da, schildert Goethe eine symbolträchtige Szene: Ottilie klagt über häufige Kopfschmerzen in der einen, Eduard über ähnliche Schmerzen in der anderen Kopfhälfte. Otto erkennt hier so etwas wie Bild und Spiegelbild (chirale Moleküle) und scherzt seinerseits, Eduard solle aufpassen, nicht zu sehr von seinem Spiegelbild angezogen zu werden. (Schauen Menschen nicht gerne in den Spiegel und sind dann selbstverliebt? Suchen Sie nicht häufig einen Partner, der ihnen im Aussehen gleicht?) Im Falle eine Bindung zwischen Eduard und Ottilie, B-D, läge ein Bruch der Ehe zwischen Charlotte und Eduard vor.

Das geplante Vorhaben und die möglichen, aber nicht überschaubaren Konsequenzen erinnern an die Syntheseplanung eines Chemikers. Es wird etwas zusammen gegeben, man rechnet mit einen bestimmten Produkt, ist aber auch auf andere Reaktionsabläufe gefasst. Deshalb wollen wir jetzt den Personen chemische Stoffe zuordnen und ausprobieren, wie diese miteinander reagieren.

Fast so wie im Roman, - Goethe kannte z.B. die Unterscheidung zwischen Anionen und Kationen noch nicht -, bezeichnen wir Charlotte als Carbonat-Anion, Eduard als Calcium-Kation, Eduard als Proton und Ottilie als Sulfat-Anion.

Experimente und deren Deutung

Wenn man ein Stück Marmor mit Salzsäure überschichtet, löst es sich allmählich unter Gasentwicklung auf.

Überschichtet man ein Stück Marmor hingegen mit Schwefelsäure, so erfolgt nur kurzzeitig eine Gasentwicklung, die dann aber weitgehend zum Erliegen kommt. Erst wenn die Oberfläche des Steins abgekratzt wird, geht die Gasentwicklung weiter, um nach kurzer Zeit erneut zum Stillstand zu kommen.
Gibt man pulverförmiges Calciumcarbonat im Salzsäure, so erfolgt die Auflösung sehr viel schneller als die von kompakten Calciumcarbonat in Form eines Marmorstückes. Pulverförmiges Calciumcarbonat, versetzt mit Schwefelsäure, ergibt unter Gasentwicklung (heftig, aber nicht ganz so heftig wie bei der Reaktion mit Salzsäure) eine weiße Suspension von Calciumsulfat (Gips).

Die experimentellen Befunde lassen sich durch Reaktionsgleichungen beschreiben und in einen Sinnzusammenhang mit dem Geschehen im Roman stellen.

Charlotte fühlt sich schnell und stark zu Otto, dem brillanten Architekten und Bewunderer ihrer Gartenkunst, hingezogen, so wie sich Carbonat und Protonen rasch zu Kohlensäure verbinden.

Die Beziehung zwischen Charlotte und Otto hält aber nicht, genau so wenig wie die Kohlensäure nicht lange existent ist, sondern rasch zu Wasser und Kohlenstoffdioxid, im Roman als Luftsäure bezeichnet, zerfällt.

Wäre Otto alleine auf das Gut von Charlotte und Eduard gekommen, wäre die Ehe vermutlich kaputt gegangen, ohne dass Eduard eine neue Partnerin gefunden hätte. Kommt nämlich Calciumcarbonat mit Protonen in Form der Salzsäure zusammen, resultiert nach dem Ausgasen von Kohlenstoffdioxid eine wässrige Lösung, in der Calcium- und Chlorid-Ionen nebeneinander in solvatisierter Form (aq) vorliegen. Es kristallisiert kein neues Salz aus. Calciumchlorid ist dafür zu gut wasserlöslich. (Anders ausgedrückt: Das Chlorid ist hier nicht die richtige Frau für das Calcium.) Kommt Calciumcarbonat aber mit Protonen in Form der Schwefelsäure zusammen, so entsteht suspendierter Gips, denn dieser ist nur mäßig wasserlöslich. (Anders ausgedrückt: Das Sulfat ist eine geeignete Frau für das Calcium.) Im übertragenen Sinne bedeutet dies, dass Eduard mit Ottilie eine neue Liebe findet.

Gelegentlich geschieht es, dass zwei befreundete Ehepaare gegenseitig ihre Partner tauschen, nach dem Motto: Lasst uns Spaß haben, am nächsten Tag ist alles wieder wie früher! Normalerweise scheitert dieses Vorhaben aus einem einfach Grund: Das eine neue Paar hat miteinander mehr Spaß als das andere. Bei der späteren Rückkehr in die alten Beziehungen bleiben Neid- und Eifersuchtsgefühle, die dann häufig zur Zerrüttung der Beziehungen führen.

Es wurde die unterschiedliche Reaktivität von Calciumcarbonat in Form eines Steins (Marmor) und eines Pulvers untersucht. Der Marmor soll hier eine junge Ehe, wie die von Charlotte und Eduard, darstellen, an der der Zahn der Zeit noch nicht genagt hat. Das pulverförmige Calciumcarbonat soll hingegen eine durch viele Widrigkeiten des Lebens zerrüttete Ehe symbolisieren. Eine solche ist für eine Zerstörung anfälliger als eine intakte Ehe; entsprechend wandelt sich pulverförmiges Calciumcarbonat rasch und nahezu quantitativ in Gips um, während sich Marmor nur oberflächlich mit Gips überzieht. (Die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion hängt ganz maßgelblich von der Größe und dem Verteilungsgrad der Reaktionspartner ab.)

Heute kommt es selten vor, dass die erste Liebe eines jungen Menschen seine einzige bleibt und ein Leben lang hält. Wenn die erste Liebe aber eine wirkliche Liebe war, bleibt sie - zumindest teilweise - später noch im Herzen des Menschen erhalten und kommt als positive Erinnerung und Lebensquelle gelegentlich wieder zum Vorschein. Sie schlummert sozusagen im Unterbewusstsein des Menschen.

Im weiteren Verlauf des Romans stellt sich Eduard die Frage, wie er aus der Beziehung zu Charlotte ganz heraus kommen, bzw. für Charlotte die Frage, wie ihren Ehemann halten kann; chemisch ausgedrückt: Wie kann die Calciumcarbonat-Auflösung beschleunigt bzw. gestoppt und die Gips-Bildung gefördert bzw. unterbunden werden?

Eduard verschwindet für eine Zeit und drängt gleichzeitig seinen Freund Otto dazu, intensivere Beziehungen zu Charlotte aufzunehmen. Analog wird die Auflösung des unter dem Gips sitzenden Kalksteins durch Erhöhung der Säurekonzentration gefördert. Die Reaktion ist nämlich diffusionskontrolliert: die Protonen müssen durch die Gipsschicht diffundieren, um an das darunter liegende Calciumcarbonat zu gelangen. Wenn nun mehr Protonen da sind, verläuft diese Reaktion schneller.

Charlotte verfolgt die umgekehrte Strategie. Sie block den Kontakt zu Otto weitgehend ab. Chemisch gesehen entspricht dies dem Abfangen der Protonen zum Vermeiden eines Angriffs auf das Carbonat.

Eduard versucht, mit Ottilie alleine zusammen zu kommen. Chemisch heißt das, dass die Gips-Bildung begünstigt ist, wenn kein mit dem Sulfat um das Calcium konkurrierendes Carbonat da ist.

Charlottes Plan besteht hingegen darin, Ottilie wegzuschicken, um so die Rückkehr ihres Gatten zu erleichtern. Chemisch gesprochen: Die Calciumcarbonat-Bildung erfolgt leichter, wenn kein konkurrierendes Sulfat da ist.

Charlottes Eherettungsversuch wird durch das Verhalten von Ottilie begünstigt. Die junge Frau entsagt nämlich ihrer Liebe zu Eduard aus Respekt vor der Institution Ehe. Chemisch kann dies so ausgelegt werden, dass Calciumsulfat nicht entstehen soll, weil Calciumcarbonat stabiler ist. Im Kristallgitter ist die Anziehungskraft zwischen Calcium-Kationen und Carbonatanionen (Gitterenergie) größer als die zwischen Calcium-Kationen und Sulfat-Anionen, was durch Löseversuche einfach plausibel gemacht werden kann. Während Calciumcarboonat in Wasser völlig unlöslich ist, ist Calciumsulfat hingegen etwas löslich, vor allem in siedendem und salzsäurehaltigem Wasser. (Deshalb ist Gips als Baustoff auch bei weitem nicht so gut geeignet wird Kalkstein!)

Vorschlag für einen Eherettungsversuch

Wie müsste ein erfolgreicher Eherettungsversuch aus chemischer Sicht aussehen? Die Säure müsste vollständig aus dem Verkehr gezogen werden. Dies könnte beispielsweise durch Auswaschen erfolgen.

Weiterhin müsste das bereits am Calcium gebundene Sulfat mit überschüssigem Carbonat verdrängt werden. Carbonat ist aber nur im alkalischen Medium existent, z.B. in Form von Natriumcarbonat, hergestellt durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid in Natronlauge. (Damit wird die sog. Luftsäure wieder in einem wässrigen Medium gebunden.) Wenn man Gips mit Soda-Lösung kocht, entsteht in der Tat festes Calciumcarbonat, während die Sulfat-Ionen in solvatisierter Form in Lösung gehen

In der Qualitativen Analyse wird diese Reaktion u.a. ausgenutzt, um Sulfate aufzuschließen, d. h. Sulfationen in Lösung zu bringen und darin (Filtrat) mit zugesetzter Bariumsalz-Lösung als schwerlösliches Bariumsulfat nachzuweisen (Sodaauszug).

Wahl, Gelegenheit und höhere Bestimmung

Eduard führt den Begriff der Wahlverwandtschaften zwischen chemischen Stoffen ein. Er meint damit, dass sich Stoffe offensichtlich dann bevorzugt miteinander verbinden, wenn dabei besonders viel Bindungswärme frei wird. Im thermodynamischen Sinne spricht Eduard von Bindungsenthalphien, DH, insbesondere von der Exothermie (heiße Liebe) chemischer Reaktionen.

Charlotte findet, dass eine chemische Reaktion nur dann abläuft, wenn auch die Gelegenheit dazu besteht. Sie vergleicht, dass es den Diebstahl nur gibt, wenn es etwas zu stehlen gibt und auch griffbereit für den Dieb bereit liegt. Sie beschreibt damit klar und deutlich, dass die Lage eines chemischen Gleichgewichtes maßgeblich von den Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer abhängt (Massenwirkungsgesetz). Extrem formuliert: Kommt Marmor gar nicht mit Schwefelsäure in Kontakt, so entstehen weder Gips noch Kohlenstoffdioxid; wären Otto und Ottilie nicht erschienen, wäre die Ehe von Charlotte und Eduard auch nicht gefährdet gewesen. Vielleicht meint Charlotte, wenn sie von Gelegenheiten spricht, auch andere Randbedingungen, die eine Ehe verändern können, z.B. wohnliche, finanzielle, gesundheitliche oder soziale, ähnlich wie z.B. die Temperatur auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion und die Einstellung des chemischen Gleichgewichtes einen maßgeblichen Einfluss hat.

Otto meint, dass der Ablauf einer chemischen Reaktion nach einer höheren Bestimmung erfolgt.

Der Chemiker weiß, dass die Triebkraft einer chemischen Reaktion, von der Otto hier spricht, einerseits von der Wärmetönung (Exothermie bzw. Endothermie) abhängt, andererseits aber auch von Temperatur und Entropie einem Maß für die Unordnung des Systems, die nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik einem Maximum entgegen strebt, nach dem Motto: Das Chaos wird immer größer.

Die Reaktion von Calciumcarbonat mit Schwefelsäure ist vor allem entropiekontrolliert, denn mit dem Kohlenstoff(IV)-oxid entweicht ein Reaktionsprodukt aus dem -gemisch in die ungeordnete (chaotische) Gasphase.

Auch bei den wechselseitigen Beziehungen der vier Hauptpersonen in Goethes Roman endet alles im Chaos.

Ist nun das Verhalten von Calciumcarbonat und Schwefelsäure uneingeschränkt mit den Beziehungen zwischen Charlotte, Eduard, Otto und Ottilie vergleichbar? Wenn ja, müsste Ehebruch als die natürlichste Sache der Welt angesehen werden und praktisch dem oben zitierten Gesetz der Naturwissenschaft entsprechen. Doch ist Charlotte wirklich ein seelenloses Carbonation, Eduard ein seelenloses Calciumion etc? Werden nicht beim Sich-Neu-Verlieben und beim Ehebruch nicht nur alte Beziehungen gelöst und neue geknüpft und viel Chaos erzeugt, sondern auch Gefühle von Menschen verletzt? Müssen deshalb nicht auch noch Gesetze berücksichtig werden, die über die rein naturwissenschaftlichen hinausgehen? Z.B. solche, die vor langer Zeit ein alter Mann von einem Berg herab brachte und von denen das sechste lautet: Du sollst nicht ehebrechen! Goethe stellt diese Frage in seinem Roman auch. Beschreiben die Naturwissenschaften mit ihren Gesetzen die einzige Wahrheit, oder gibt es noch andere Wirklichkeitsebenen, die wir nur erahnen, aber (noch) nicht kennen?

Ergänzende Anmerkungen

In den chemischen Gesprächen kommt u.a. zum Ausdruck, dass sich vom Charakter her ähnliche Menschen gerne wie Wasser und Ethanol zueinander gesellen. Sie vertragen sich gut miteinander und behalten gleichzeitig ihre wesentlichen, typischen Eigenschaften.
Genauso oft ziehen sich aber auch gegensätzliche Menschentypen an, so wie Säuren und Laugen.

Häufig stoßen sich gegensätzliche Menschen aber auch wie Wasser und Öl ab. Dennoch gelingt es meistens, solche Menschen durch ein gemeinsames, übergeordnetes Ziel zusammen zu halten, so wie eine Wasser/Öl-Mischung durch Zusatz eines Tensids zu einer stabilen Emulsion werden kann. Hierzu ein Beispiel: Die natürlichen Gegner Schüler und Lehrer kommen doch in der Regel ganz gut und vermutlich nur deshalb miteinander aus, weil es die Schule gibt.

Aus dem Gespräch über die Chemiker und die Chemie zum Schluss zwei wörtliche Zitate:

Eduard: Es war sogar ein bezeichnender Ehrentitel der Chemiker, dass man sie Scheidekünstler nannte.

Charlotte erwidert darauf: Das Vereinigen ist eine größere Kunst, ein größeres Verdienst.

Für den Chemiker sind Trennen, z.B. bei der Rohstoff-Gewinnung, in der Analytik und von Haupt- und Nebenprodukten, und Synthetisieren, z.B. von Kunststoffen oder Arzneimitteln, keine Gegensätze, sondern Kehrseiten einer Medaille, genauso wie sich ein chemisches Gleichgewicht aus der Dynamik von Hin- und Rückreaktion ergibt.

Experimente

1. In ein großes Reagenzglas werden 15 ml 5%ige Salzsäure und ein Marmorstückchen gegeben, das sich unter Gas-Entwicklung in einigen Minuten vollständig auflöst.

2. In ein großes Reagenzglas werden 15 ml 5%ige Schwefelsäure und ein Marmorstückchen gegeben. Die anfängliche Kohlenstoffdioxid-Entwicklung hört rasch auf, weil sich der Stein an seiner Oberfläche mit einer Säure-undurchlässigen Calciumsulfat-Schicht überzieht. Wenn man ihn aus der Säure nimmt, die Schutzschicht (mit Schmiergelpapier) abreibt und den Stein dann in die Säure zurückgibt, kommt es kurzzeitig wieder zur Gasentwicklung, bis eine erneute Passivierung eingetreten ist.

3. In einem großen Reagenzglas werden ca. 500 mg pulverförmiges Calciumcarbonat vorgelegt und portionsweise mit 15 ml 5%iger Salzsäure versetzt. Unter heftiger Kohlenstoffdioxid-Entwicklung entsteht eine Calciumchlorid-Lösung.

4. In einem großen Reagenzglas werden ca. 500 mg pulverförmiges Calciumcarbonat vorgelegt und mit 15 ml 5%iger Schwefelsäure versetzt. Unter Kohlenstoffdioxid-Entwicklung (nicht ganz so heftig wie bei der Einwirkung von Salzsäure auf das Pulver) entsteht eine Calciumsulfat-Suspension. Der Feststoff wird abzentrifugiert, dreimal mit Wasser gewaschen (Trennung vom Waschwasser ebenfalls durch Zentrifugation) und für die Versuche 5 und 6 auf zwei Reagenzgläser verteilt.

5. Die eine Portion des Calciumsulfat-Schlammes aus Versuch 4 wird mit ca. 5 ml 5%iger Salzsäure versetzt, wobei erwartungsgemäß nichts passiert. (Durch Zugabe von 3 ml Wasser und Aufkochen kann jedoch eine klare Lösung erhalten werden. Zum Vergleich: Etwa 100 mg Calciumsulfat-Dihydrat können mit 3 ml 5%iger Salzsäure und 3 ml Wasser beim Kochen gelöst werden. Außerdem lässt sich Calciumsulfat aus Wasser umkristallisieren. Um dies zu studieren, werden etwa 100 mg Calciuimsulfat-Dihydrat in 6 ml Wasser gekocht, die heiß-gesättigte Lösung wird filtriert, im Filtrat fallen beim Abkühlen (ggf. im Kühlschrank über Nacht) feine Nadeln aus.)

6. Die andere Portion des Calciumsulfat-Schlammes aus Versuch 4 wird mit 15 ml 5%iger Natriumcarbonat-Lösung zum Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen wird das entstandene Calciumcarbonat abzentrifugiert und dreimal mit Wasser gewaschen. (Im ersten und zweiten Waschwasser können nach Ansäuern mit Salzsäure und Zugabe von 3 Tropfen 3%iger Bariumchlorid-Lösung noch Sulfationen nachgewiesen werden, im dritten in der Regel nicht mehr.) Das recycelte Calciumcarbonat wird auf zwei Reagensgläser verteilt und tropfenweise mit 3 ml 5%iger Salzsäure bzw. 5 ml 5%iger Schwefelsäure behandelt (vgl. Versuche 3 und 4).

Literatur

J. Soentgen: Chemie und Liebe: ein Gleichnis - Die Chemie als Schlüssel zu den Wahlverwandtschaften von Goethe“. - Chem. unserer Zeit 30 (1996), S. 295-297
G. Schwedt: Goethe als Chemiker. - Springer Verlag, Berlin und Heidelberg, 1998
O. Krätz: Goethe und die Naturwissenschaften. - Callwey Verlag, München, 2. Aufl., 1998
Chemistry in the work of Goethe

Considered Elective Affinities chemically

Faust, Goethe's most famous work, is an alchemical drama. The historic Faust lived in the high heyday of alchemy. The alchemists wanted et al understand what holds the world together in its innermost. They were convinced that not only the macro but also the microcosm characterizes the lives of people. They believed that not only the movements of the stars, the ebb and tide, of day and night or summer and winter means something for the people, but also that the changes of matter (of molecules) human life and human relationships reflect.


Faust is an old scholar who has everything - the alchemy - studied and yet has the feeling that nothing really understand. Therefore, he is frustrated. Here his famous monologue, modified in a few places (in italics) of a chemist:

Have now, alas! Philosophy, Jurisprudence, Medicine thoroughly studied through with ardor keen, As I stand now, I, poor fool! And am no wiser than before;
Hot doctor, hot Professor did, And now I've so many years
Day in, day-cross and crooked my students by the nose rum -
And see that we can not know anything! This will burn with sheer heart.
It is torn with all Freud, imagining a not to know what law,
Imagining no one, I could teach what to mend my students and to convert.
Even I as a teacher far too little money, have no honor and glory of the world;
It does not want a dog to live so long! So I've resigned myself to the chemical,
Whether me by the molecules force and mouth Not many secrets might be known;
That I no longer, with sauerm welding, have to tell you what I do not know anyway;
On that I know what holds the world together at heart.




What Faust is still distinguishes his lust for young girls; He is one of the biggest machos of world literature. Therefore, he does not shy away from being with the devil to make a pact, where he is rejuvenated as agreed and make an attractive young man approached a 14 year old girl and this can impregnate. The belief in the eternal youth that are, inter alia, can achieve with the help of the stone of the wise man, was pronounced even when the alchemists.

Goethe lived at the time of the Chemical Revolution. Lavoisier had simultaneously worked in Paris with the French Revolution, the foundations of the scientific methodology of chemistry in the modern sense, Liebig reached around 50 years later, in pouring scientific perfection. Goethe, who was an important patron of science, the developments in chemistry knew quite well, eg also a work of Sweden Bergman entitled studies on the choice attractions, in which it, inter alia, decreased by the reaction of calcium carbonate with sulfuric acid. This reaction has interpreted Goethe Elective Affinities as a parable of love and adultery in his social novel. For a chemist of today it is fascinating Goethe's thought processes, similar to those of the alchemists in regard to the analogy of processes in microcosm and in human life, to understand and develop. Here the poet high respect for his chemical expertise has to be pronounced, after all, was Goethe's expertise barely larger than what is now in Chemistry Beginner lessons (Class 8) conveys.



Chemistry and plot of the novel

The four people, Charlotte, Eduard, Otto and Ottilie are first, later named the abstract letters A, B, C, and D with chemical substances in the chemical conversations consisting in over 300seitigen Roman about 10 pages.

A ... ... Charlotte carbonate anion
B ... Edward ... calcium cation
C ... Otto ... Proton
D ... ... Ottilie sulfate anion

In the beginning there is the couple Charlotte and Eduard, AB. Moreover Eduards friend Otto, C. Charlotte's first against its coming. She fears namely that Eduard too strongly pulled by the comer of her and her harmonious marriage would adversely affect that through a relationship between Eduard and Otto, BC, - not in the sense of homosexuality, but a true male friendship -, rather leaving remain back.



Edward sees this issue as well, and therefore agrees to Charlotte's proposal, to take her niece Ottilie, D in their home, in the expectation that a woman that forms friendship, AD, Charlotte would not remain alone for over continuous time.


Even before arriving Ottilie, Eduard jokes that between Otto and Ottilie could a relationship, CD arise. If this Verkupplungsversuch succeed, this would be for Eduard not bad, because he would then have more time to devote so again his wife, to which he belonged anyway.

Hardly is there Ottilie, Goethe portrays a symbolic scene: Ottilie complains of frequent headaches in one, Eduard through similar pain in the other half of the head. Otto seen here something like image and mirror image (chiral molecules) and kids in turn, Eduard should be careful not to be too much attracted by its mirror image. (Look people do not like in the mirror and are then self-indulgent? Find Not often a partner who resembles them in appearance?) In the case of a bond between Eduard and Ottilie, BD, would be present a fraction of marriage between Charlotte and Eduard.


The planned project and the possible, but not manageable consequences recall the synthesis planning a chemist. It is given something together, is expected to a certain product, but taken in a different reaction processes. That is why we now want to assign people and test how they react with each other chemicals.


Almost like in the novel - Goethe knew as the distinction between anions and cations not yet - we call Charlotte as a carbonate anion, calcium cation as Edward, Edward as Proton and Ottilie as sulfate anion.

Experiments and their interpretation

When overlaid a piece of marble with hydrochloric acid, it gradually dissolves with evolution of gas.

Overlayed a piece of marble contrast with sulfuric acid, takes place only briefly a gas development, but then largely come to a standstill. Only when the surface of the stone is scraped off, the gas development continues to come to a halt again after a short time.
Are you powdered calcium carbonate in hydrochloric acid, so the resolution is much faster than that of compact calcium carbonate in the form of a marble piece. Powdered calcium carbonate, treated with sulfuric acid yields, with gas evolution (violent, but not quite as vigorously as in the reaction with hydrochloric acid), a white suspension of calcium sulphate (gypsum).


The experimental results can be described by equations and put them into a sense of connection with the events in the novel.

Charlotte feels fast and strong to Otto, the brilliant architect and admirer of their garden art, drawn, just as carbonate and protons rapidly combine to form carbonic acid.


The relationship between Charlotte and Otto but not holding, as little as the carbon dioxide is not existing exactly long, but quickly to water and carbon dioxide, referred to in the novel as air acid decomposes.

Had Otto came alone to the estate of Charlotte and Edward, the marriage would probably be broke without Edward would have found a new partner. Comes namely calcium carbonate with protons in the form of the hydrochloric acid together, resulting after the outgassing of carbon dioxide, an aqueous solution in which calcium and chloride ions side by side in solvated form (aq) are present. It crystallized from no new salt. Calcium chloride is too good for water. (In other words: The chloride here is not the right woman for the calcium.) If calcium carbonate but with protons in the form of sulfuric acid together, the result is suspended plaster, because this is only moderately soluble in water. (In other words: The sulfate is a suitable wife for the calcium.) In a figurative sense, this means that Eduard with Ottilie found a new love.


Occasionally it happens that two married couples mutually exchange their partners, according to the motto: Let's have fun, the next day everything is back as before! Normally, this plan fails for a simple reason: The new couple has each more fun than the other. During the subsequent return to the old relations remain envy and jealousy feelings which then often lead to the breakdown of relationships.


It was examined the different reactivity of calcium carbonate in the form of a stone (marble), and a powder. The marble is a young married here, like that of Charlotte and Eduard representing where the ravages of time has not been gnawed. The powdered calcium carbonate is however symbolizing a shattered through many adversities of life marriage. Such is susceptible to destruction than an intact marriage; Accordingly, powdered calcium carbonate transforms rapidly and almost quantitatively in plaster, while marble covers only superficially with plaster. (The rate of heterogeneous reaction depends entirely maßgelblich on the size and the degree of distribution of the reactants.)

Today it is rare that the first love of a young man remains his only and last a lifetime. But if the first love was a true love, it will remain - at least partially - later obtained in the human heart, and comes as a positive reminder and source of life occasionally reappear. They speak lies dormant in the subconscious mind of man.


Later in the novel, Edward, the question arises, how he come out of the relationship with Charlotte all the way out, and Charlotte asked how her husband can keep; In chemical terms, how can the calcium carbonate dissolution accelerated or stopped and be promoted or inhibited the gypsum formation?

Edward disappears for a time and at the same time urging his friend Otto to receive more intensive relations with Charlotte. Analog is promoted the dissolution of the seated under the plaster limestone by increasing the acid concentration. The reaction is diffusion controlled namely: the protons have to diffuse through the plaster layer to reach the underlying calcium carbonate. Now, if more protons are there, this reaction proceeds faster.

Charlotte followed the reverse strategy. They block the contact to Otto large extent. Chemically speaking, this corresponds to the interception of protons to avoid an attack on the carbonate.

Edward tried to come up with Ottilie alone together. Chemically, this means that the gypsum formation is favored when not competing with the calcium carbonate to sulphate is there.

Charlotte's plan is however the fact Ottilie send away, so as to facilitate the return of her husband. Chemically speaking: The calcium carbonate formation occurs easier if no competing sulphate is there.

Charlotte's marriage rescue attempt is favored by the behavior of Ottilie. The young woman renounces her love for Edward namely out of respect for the institution of marriage. Chemically, this can be designed so that the calcium sulfate should not arise because calcium carbonate is stable. In the crystal lattice the attractive force between calcium cations and carbonate anions (lattice energy) is greater than that between calcium cations and sulfate anions, which can be made by dissolving experiments simply plausible. While Calciumcarboonat is completely insoluble in water, calcium sulfate, however, is slightly soluble, especially in boiling water and acidified. (Why gypsum is as a building material also by far is not as well suited limestone!)


Proposal for a marriage rescue attempt

How would a successful marriage rescue attempt look from chemical point of view? The acid would have to be completely withdrawn from circulation. This could be done for example by washing.

Furthermore, the sulfate-bound already on calcium may have to be replaced with excess carbonate. Carbonate but is existent only in the alkaline medium, for example in the form of sodium carbonate, produced by bubbling carbon dioxide in sodium hydroxide solution. (Thus, the so-called. Air acid is again bound in an aqueous medium.) When cooking plaster with sodium carbonate solution, arises in fact solid calcium carbonate, while the sulfate ions go in solvated form in solution.

In the qualitative analysis, this reaction is, inter alia, exploited to unlock sulfates, ie to bring sulphate ions in solution and is demonstrated (filtrate) with added barium solution as sparingly soluble barium sulfate (Sodaauszug).


Choice, opportunity and higher destiny

Edward introduces the concept of elective affinities between chemicals. He means that substances then obviously preferable to one another, particularly when a lot of latent heat is released. The thermodynamic sense, Edward speaks of enthalpy of formation, ΔH, especially the exothermic (hot love) chemical reactions


Charlotte finds that a chemical reaction takes place only when the opportunity arises. It compares that there is theft only if there is something to steal, and also handy for the thief is ready. It describes so clearly that the position of a chemical equilibrium depends crucially on the concentrations of the reactants (mass action). Extremely formulated: Come marble not contacted with sulfuric acid, so there are neither gypsum nor carbon dioxide; Otto and Ottilie were not published, the marriage of Charlotte and Edward would not have been compromised. Maybe thinks Charlotte, when she speaks of occasions, other boundary conditions, which can change a marriage, for example, homely, financial, medical or social, similar to e.g. the temperature on the rate of a chemical reaction and the setting of the chemical equilibrium has a significant influence.



Otto said that the process of a chemical reaction by a higher determination is made.
[Otto says that is the course of a chemical reaction by a higher purpose]

The chemist knows that the driving force of a chemical reaction by the Otto speaks, on the one hand depends on the heat of reaction (exothermic or endothermic), on the other hand but also of temperature and entropy of a measure of the disorder of the system, after the second law of thermodynamics, which states that the system strives toward a maximum, with the motto: the chaos is increasing.

The reaction of calcium carbonate with sulfuric is entropy-controlled especially because with the carbon (IV) oxide is a reaction product escapes from the mixture (chaotic) in the disordered gas phase.

Even with the mutual relations of the four main characters in his novel all ends in chaos.


Now the behavior of calcium carbonate and sulfuric acid is fully with the relationship between Charlotte, Edward, Otto and Ottilie comparable? If so, do adultery as the most natural thing in the world and are considered practically the above-cited law of science meet. But Charlotte is really a soulless carbonation, Edward etc. a soulless calcium? Are not the self-re-fall in love and committing adultery not only solved with old friends and new ones and creates a lot of chaos, but also feelings of hurt people? Therefore need not even be considered laws that go beyond the purely scientific? For example, those who long ago brought an old man of the mountain and down the sixth of which is: Thou shalt not commit adultery! Goethe asks this question in his novel also. Describe the natural sciences with its laws is the only truth, or are there other levels of reality, we only guess, but (still) do not know?”



Additional comments

In the chemical talks comes inter alia expressed that love to join in character similar people like water and ethanol each other. They get along well with each other while keeping their essentially, typical properties.



Equally often attract each other even opposing types of people, such as acids and alkalis.
Often people also encounter contradictory but from like water and oil. Nevertheless, it is possible most to keep such people through a common, overarching goal together as a water / oil mixture by addition of a surfactant may be in a stable emulsion. Here is an example: The natural enemies students and teachers come but generally quite good and probably the only reason why one another, because there is the school.

From the talk about the chemistry and the chemistry in the end two verbatim quotes:

Edward: It was even a more significant honorary title of chemists that they were called vagina artist.

Charlotte replies that: The Unite is a greater art, a greater merit.

For the chemist separating, for example, in raw materials extraction, in the analytics and of primary and secondary products, and synthesizing, for example, plastics or pharmaceuticals, are not opposites, but downside of the coin, just as there is a chemical equilibrium of the dynamics of forward and reverse reactions.


Experiments

1. In a large test tube 15 ml are added 5% hydrochloric acid and a marble chips that completely dissolves under gas development in a few minutes.

2. In a large test tube 15 ml will be given 5% sulfuric acid and a marble chips. The initial carbon dioxide evolution ceases rapidly, because covering the stone at its surface with an acid-impervious calcium sulfate layer. If you take him out of the acid, the protective layer abrades (with sandpaper) and the stone then returns in the acid, it will briefly return to the evolution of gas, until a new passivation has occurred.


3. In a large test tube about 500 mg of powdered calcium carbonate hydrochloric acid are introduced and mixed in portions with 15 ml of 5% was added. With vigorous carbon dioxide evolution produces a calcium chloride solution.

4. In a large test tube sulfuric acid 500 mg of powdered calcium carbonate are presented with 15 ml of 5% was added. Under carbon dioxide development (not quite as vigorously as in the action of hydrochloric acid on the powder) produces a calcium sulphate suspension. The solid is centrifuged, distributed three times washed with water (separation from the wash water also by centrifugation) and for the tests 5 and 6 on two test tubes.

5. The one serving of calcium sulfate slurry from Experiment 4 is mixed with about 5 ml of 5% hydrochloric acid, which, as expected, nothing happens. (By adding 3 ml of water and boil, however a clear solution can be obtained for comparison. Approximately 100 mg of calcium sulfate dihydrate can with 3 ml of 5% hydrochloric acid and 3 ml of water are dissolved during cooking In addition, calcium sulfate can be recrystallized from water. . In order to study this, about 100 mg Calciuimsulfat dihydrate in 6 ml of water are cooked, the hot-saturated solution is filtered, the filtrate drop during cooling (if necessary in the refrigerator overnight) fine needles.)

6. The other portion of the calcium sulfate slurry from Test 4 is heated to boiling with 15 ml of 5% sodium carbonate solution. After cooling, the resulting calcium carbonate is removed by centrifugation and washed three times with water. (In the first and second wash water strength barium chloride solution still sulfate ions by acidification with hydrochloric acid and addition of 3 drops of 3% are detected, the third is usually not more.) The recycled calcium carbonate is distributed in two test tubes and treated dropwise with 3 ml 5 % hydrochloric acid and 5 ml of 5% sulfuric acid (see FIG. Experiments 3 and 4).


Literature

● Soentgen, J. (1996). “Chemistry and Love: a Parable – Chemistry is the Key to the Affinities of Goethe” (“Chemie und Liebe: ein Gleichnis - Die Chemie als Schlüssel zu den Wahlverwandtschaften von Goethe”), Our Time Chem (Chem. unserer Zeit), 30: 295-97.
● Schwedt, G. (1998). Goethe as a Chemist (Goethe als Chemiker). Springer Verlag.
● Itch, O. (1998). Goethe and the Natural Sciences (Goethe und die Naturwissenschaften). Callwey, Munich.

(add discussion)

References
1. Wiskamp, Volker. (2002). “Chemistry in the Work of Goethe” (“Chemie im Werk Goethe”) (WayBack), University of Applied Sciences Darmstadt, Department of Chemistry and Biotechnology.
2. Wiskamp, Volker. (2012). "Email communication to Libb Thims", Nov 12.

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