Walther Nernst

Bedeutung und Lebensweg

Walther Hermann Nernst (25. Juni 1864 in Briesen in Westpreußen; 18. November 1941 in Zibelle in der Oberlausitz) war ein deutscher Physiker und Chemiker und zählt zu den Begründern der physikalischen Chemie. Dieses Fach verbindet Chemie mit physikalischen Methoden, etwa Thermodynamik, Elektrochemie und Messverfahren. Nernst wurde besonders durch Arbeiten zur Elektrochemie, zur Thermochemie und zum dritten Hauptsatz der Thermodynamik bekannt. Für seine thermochemischen Arbeiten erhielt er den Nobelpreis für Chemie des Jahres 1920.

Nernst studierte ab 1883 Naturwissenschaften in Zürich, Berlin und Graz. 1887 promovierte er in Würzburg mit einer Arbeit über elektromotorische Kräfte in Metallplatten, die von Wärmefluss und Magnetismus beeinflusst werden. 1889 habilitierte er sich in Leipzig über die elektromotorische Wirksamkeit der Ionen. Ab 1890 arbeitete er in Göttingen, zunächst als Assistent und Privatdozent, ab 1891 als außerplanmäßiger Professor und ab 1894 als ordentlicher Professor für physikalische Chemie. Das Göttinger Institut für physikalische Chemie und Elektrochemie wurde 1896 eröffnet und war das erste Institut an einer deutschen Universität speziell für physikalische Chemie einschließlich Elektrochemie.

1905 wechselte Nernst an die Berliner Universität. 1921/1922 war er Rektor der Friedrich-Wilhelms-Universität, von 1922 bis 1924 Präsident der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt und danach bis 1933 Professor für Experimentalphysik. 1933 wurde er emeritiert und zog sich weitgehend auf sein Rittergut Ober-Zibelle zurück.

Wissenschaftliche Leistungen

Schon als Student entdeckte Nernst 1887 zusammen mit Albert von Ettingshausen den Ettingshausen-Nernst-Effekt und den Nernst-Effekt. In der Elektrochemie arbeitete er an Konzentrationsketten, galvanischen Zellen und Redoxreaktionen. Eine galvanische Zelle ist eine Anordnung, in der chemische Reaktionen elektrische Spannung erzeugen. Nernst beschrieb die Vorgänge in solchen Zellen mathematisch; die Lösung dieser Beschreibung wurde als Nernst-Gleichung bekannt. Sie gilt nicht nur für galvanische Zellen, sondern allgemein für Redoxreaktionen und verbindet Elektrochemie mit Thermodynamik.

Nernst untersuchte außerdem Potentialspannungen an Phasengrenzen, etwa zwischen Silber und Silberchlorid. Er schlug vor, elektrische Potentialwerte nicht auf ein absolutes Normalpotential zu beziehen, sondern auf die mit Wasserstoff umspülte Platinelektrode in 1-normaler Säure. Dieser Vorschlag setzte sich durch. 1904 behandelte er die Diffusionsschicht bei der Elektrolyse, also die Schicht vor der Elektrode, in der ein Konzentrationsgefälle besteht; sie heißt Nernstsche Diffusionsschicht.

1891 entwickelte Nernst das Nernstsche Verteilungsgesetz. Es beschreibt die Verteilung eines Stoffes zwischen zwei Flüssigkeiten und ist für Chromatographie und Extraktion wichtig. Außerdem arbeitete er über Reaktionsgeschwindigkeiten, heterogene Gasgleichgewichte und flüssige Kristalle. 1918 erkannte er Licht als ausreichende Energiequelle zur Auslösung der Chlorknallgas-Reaktion und leitete einen wichtigen Mechanismus ab.

1899 formulierte Nernst das Reizschwellengesetz für elektrische Reize. Es besagt, dass „die Stromintensität, die gerade noch einen Reiz ausübt, mit der Quadratwurzel aus der Schwingungszahl direkt proportional ansteigen“ müsse. Das Gesetz erfasste die biologischen Vorgänge aber nur teilweise und setzte sich nicht durch.

Dritter Hauptsatz und Erfindungen

1905 formulierte Nernst den dritten Hauptsatz der Thermodynamik, auch Nernstscher Wärmesatz oder Nernst-Theorem genannt. In der weitergehenden Formulierung von Max Planck ist die Entropie am absoluten Nullpunkt null. Entropie ist eine thermodynamische Zustandsgröße; der absolute Nullpunkt ist die tiefstmögliche Temperatur. Eine Konsequenz aus dem Satz ist die Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunktes. Zur experimentellen Bestätigung musste Nernst Verfahren entwickeln, mit denen die spezifische Wärme bei sehr tiefen Temperaturen gemessen werden konnte.

Der dritte Hauptsatz war der zentrale Grund für Nernsts Nobelpreis für Chemie des Jahres 1920 „für seine Arbeiten in der Thermochemie“. Der Preis wurde ihm 1921 verliehen. Nach dem Artikel verzögerte sich die Auszeichnung, weil Svante Arrhenius, der mit Nernst zerstritten war, im Nobelpreis-Komitee Einfluss hatte.

Nernst trat auch als Erfinder hervor. 1894 entwickelte er eine für Wechselstrom modifizierte Wheatstone-Brücke zur Messung der Permittivität und außerdem ein Potentiometer. 1897 erfand er die Nernstlampe. 1898 verkaufte er das Patent an die AEG für mehr als eine Million Mark, in heutiger Kaufkraft mehr als 8,5 Millionen Euro. Die AEG stellte ab Mitte 1899 schätzungsweise zwei Millionen Nernstlampen her, bis Edisons Glühbirne marktreif wurde. Nernst untersuchte auch Verbrennungsmotoren und nutzte als einer der ersten Lachgaseinspritzung zur Leistungssteigerung. Anfang der 1930er Jahre war er an der Entwicklung des Bechstein-Siemens-Nernst-Flügels beteiligt, eines frühen elektronischen Pianos.

Krieg und Politik

Im Ersten Weltkrieg engagierte sich Nernst stark für das Militär. Zunächst meldete er sich 1914 freiwillig beim Kaiserlich Freiwilligen Automobilkorps und nahm als Fahrer am deutschen Vormarsch in Richtung Paris teil. Nach der Schlacht an der Marne kehrte er nach Berlin zurück.

Danach war Nernst maßgeblich an der Entwicklung chemischer Waffen beteiligt. In Zusammenarbeit mit Carl Duisberg, Fritz Haber und militärischen Stellen arbeitete er an chemischen Kampfstoffen, Geschossen und Geschützen. Die sogenannte Nernst-Duisberg-Kommission prüfte zunächst nicht tödlich wirkende Reizstoffe, darunter Stoffe in „Ni-Geschossen“ und „T-Granaten“. Diese frühen Einsätze hatten wenig Wirkung. Später ging es auch um tödliche Kampfstoffe. Nernst und Duisberg diskutierten 1914 den Einsatz von Blausäure, deren militärische Wirkung sich in Versuchen jedoch als ungeeignet erwies.

Fritz Haber führte Ende 1914 das Abblasen von Chlorgas aus Druckflaschen ein. Beim ersten großen Einsatz am 22. April 1915 in der Zweiten Flandernschlacht gab es nach Schätzungen mehr als tausend Todesopfer auf alliierter Seite. Nernst arbeitete parallel an der Nutzung von Phosgen und an der Technik, chemische Kampfstoffe mit Geschossen zu verschießen. Er entwickelte unter anderem Material für „T-Hexa-Granaten“ mit Triphosgen und Pyridin sowie „C-Minen“ mit Methylchlorformiat. 1915 erhielt er das Eiserne Kreuz I. Klasse.

Die Haager Landkriegsordnung verbot chemische Kampfstoffe weitgehend, doch juristische Berater beider Kriegsparteien deuteten den Einsatz als zulässig. Nach dem Krieg erschien Nernsts Name auf verschiedenen Listen gesuchter Kriegsverbrecher. Wegen der Artikel 228 bis 230 des Versailler Vertrags war zeitweise unklar, ob Wissenschaftler wie Nernst ausgeliefert würden. Nernst ging 1919 zunächst nach Schweden und dann in die Schweiz, kehrte aber Ende 1919 nach Deutschland zurück. Er wurde befragt, aber nicht angeklagt. Spätere Darstellungen seiner Rolle im Gaskrieg gelten im Artikel teilweise als verharmlosend oder unzureichend, weil Nernst nicht nur an „Ballistik“ arbeitete, sondern die technische Nutzbarmachung chemischer Kampfstoffe wesentlich unterstützte.

Politisch unterzeichnete Nernst das Manifest der 93 von 1914; laut seiner Tochter kam die Zustimmung in seiner Abwesenheit und unter Druck zustande. Während des Krieges sondierte er auch mehrfach Möglichkeiten für Friedensverhandlungen. 1917 unterzeichnete er eine Denkschrift, die allgemeine, gleiche, geheime und direkte Wahlen in Preußen forderte. In der Weimarer Republik gehörte er 1926 zu den Initiatoren des Weimarer Kreises, einer Minderheit von Hochschullehrern, die sich offen zur Republik bekannten.

Wissenschaftsorganisation und Beziehungen

Nernst war nicht nur Forscher, sondern auch Organisator wissenschaftlicher Einrichtungen. 1894 gehörte er zu den Gründungsmitgliedern der Deutschen Elektrochemischen Gesellschaft, der späteren Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Angewandte Physikalische Chemie. Von 1905 bis 1908 war er ihr Vorsitzender, 1908 außerdem Präsident des Vereins Deutscher Chemiker.

1905 verfasste Nernst mit Emil Fischer und Wilhelm Ostwald eine Denkschrift zur Gründung einer „Chemischen Reichsanstalt“. Daraus entstand in Zusammenarbeit mit der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft das Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie. Die beiden ersten Kaiser-Wilhelm-Institute, das Institut für Chemie und das Institut für physikalische Chemie und Elektrochemie, wurden am 23. Oktober 1912 im Beisein des Kaisers eröffnet.

1910 gewann Nernst den belgischen Industriellen Ernest Solvay für eine internationale Physikerkonferenz. Die erste Solvay-Konferenz fand 1911 in Brüssel statt und diente vor allem der Diskussion neuer Modelle von Max Planck und Albert Einstein. Gemeinsam mit Max Planck erreichte Nernst außerdem, dass Einstein 1914 von Zürich nach Berlin wechselte. Nernst hielt dies für seine größte wissenschaftsorganisatorische Leistung. Einstein wohnte anfangs bei Familie Nernst, und zwischen beiden bestand lebenslange fachliche und persönliche Wertschätzung.

Nernst war auch an der Entstehung des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physik beteiligt, dessen Direktor Einstein 1917 wurde. Von 1919 bis 1933 war Nernst Senator der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft. Auch bei der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft, der Vorgängerin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, spielte er nach dem Artikel eine wichtige Rolle.

Nationalsozialismus, Familie und Nachwirkung

Nernst lehnte den Nationalsozialismus und besonders den Antisemitismus ab. Nach dem Berufsbeamtengesetz vom 7. April 1933 sollte er jüdische Mitarbeiter seines Instituts entlassen. Aus Protest ging er in den Ruhestand, ähnlich wie Fritz Haber. Am 1. Oktober 1933 wurde Nernst im Alter von 69 Jahren emeritiert. In der Preußischen Akademie der Wissenschaften weigerte er sich, zum Singen des Horst-Wessel-Lieds aufzustehen, und erschien danach nicht mehr zu den Sitzungen. Die Nationalsozialisten verdächtigten ihn zeitweise, jüdische Vorfahren zu haben; sein Stammbaum galt ihnen jedoch als „arisch“.

Nernst war seit 1892 mit Emma Lohmeyer verheiratet. Das Paar hatte fünf Kinder: Rudolf, Hildegard, Gustav, Edith und Angela. Beide Söhne fielen im Ersten Weltkrieg, Rudolf 1914 in Belgien und Gustav 1917 in Frankreich. Die Töchter Hildegard und Angela heirateten in jüdische Familien ein und emigrierten wegen der nationalsozialistischen Diskriminierung ins Ausland, Hildegard nach London und Angela 1939 nach Brasilien.

1939 erlitt Nernst einen Schlaganfall. 1941 ließ er seine Unterlagen und Korrespondenz verbrennen, vermutlich weil er verhindern wollte, dass sie nach seinem Tod in die Hände des Regimes fielen und andere belasteten. Er starb am 18. November 1941 auf seinem Rittergut. 1951 wurden die Urnen von Walther und Emma Nernst nach Göttingen überführt und auf dem Stadtfriedhof Göttingen bestattet.

Nernst erhielt zahlreiche Ehrungen und Mitgliedschaften, darunter 1917 den Orden Pour le Mérite, 1920 die Mitgliedschaft in der Schwedischen Akademie, 1921 den Nobelpreis für Chemie des Jahres 1920, 1928 die Benjamin Franklin Medal und 1932 die ausländische Mitgliedschaft in der Royal Society. Nach ihm benannt sind unter anderem die Nernst-Gleichung, das Nernstsche Verteilungsgesetz, die Nernstlampe, der Nernstsche Wärmesatz, der Nernst-Haber-Bodenstein-Preis, der Mondkrater Nernst und der Asteroid (24748) Nernst.