Zweihundert Jahre Entwicklung der Theoretischen Chemie im deutschsprachigen Raum

Die Theoretische Chemie hat eine mehr als zweihundert Jahre alte Tradition in der Chemie. Zu Anfang des 19. Jahrhunderts, als die Chemie sich als eigenständige Wissenschaft zu etablieren begann, erschienen ein- oder mehrbändige Werke zur Theoretischen Chemie in deutscher Sprache. Alexander Nicolaus Scherer (1771– 1824) veröffentlichte 1800 den ersten Band des Archiv für die theoretische Chemie. Sein Anliegen war es, der Theorie Lavoisiers in Deutschland zur Geltung zu verhelfen, die das Prinzip der Oxidation klärte und die alte Phlogistontheorie zu Fall brachte. Scherer war im selben Jahr ordentlicher öffentlicher Lehrer an der Friedrichs- Universität in Halle geworden, eine Stellung, die man später als ordentlicher Professor bezeichnete. Er hatte schon einige Werke über die Chemie geschrieben und wechselte zwei Jahre später nach Dorpat. 1808 erschien der Grundriß der theoretischen Chemie von Friedrich Stromeyer, ein Lehrbuch für Chemie- und Medizinstudenten. Stromeyer wurde 1776 in Göttingen geboren und starb dort 1835. Sein Vater war Professor für Medizin, und Stromeyer studierte ebenfalls Medizin, dazu Botanik und Pharmazie. Er promovierte 1800 in Medizin. 1802 wurde Stromeyer Privatdozent für Chemie und Medizin in der Medizinischen Fakultät und 1805 außerordentlicher Professor der Medizin. 1806 wurde er Leiter des Chemischen Laboratoriums und 1810 ordentlicher Professor in der medizinischen Fakultät.

Als Hermann Hartmann ab 1946 in Frankfurt als Dozent wirken konnte, schlossen sich ihm einige besonders fähige Studenten an. Sein erster Doktorand war Gerhard Fritz (1919–2002) [388]. Nach seinem Kriegsdienst von 1940 bis 1942 führte er sein in Halle und Marburg begonnenes Chemiestudium in Frankfurt fort. Ende 1946 promovierte er bei Hartmann mit der Dissertation „Über den Einfluss elektrischer Felder auf die Aktivierungsenergie chemischer Elementarprozesse“. In dieser theoretischen Dissertation galt es, Aktivierungsenergien chemischer Reaktionen über die Lösung der Schrödinger-Gleichung zu bestimmen. Das eigentliche Ziel war, die Adsorption von Molekülen an polaren Kristalloberflächen zu verstehen. Im Rahmen der damaligen Möglichkeiten wurde dazu ein Modellsystem in einem elektrischen Feld herangezogen. Das einfachste System war H+H₂, das als linearer Stoßkomplex mit einem elektrischen Feld in Richtung der Kernverbindungsachse behandelt wurde. Leider verließ Fritz nach seiner Promotion dieses Arbeitsgebiet und wandte sich der Anorganischen Chemie zu. Auf diesem Gebiet habilitierte er sich und wurde ein erfolgreicher Professor.

Wie schon aus dem letzten Kapitel hervorgeht, wurde die moderne Theoretische Chemie im deutschsprachigen Raum fast ausschließlich als Quantenchemie verstanden. Dies lag zum einen daran, dass die Physikalische Chemie traditionell die Thermodynamik, Statistik und Kinetik in Lehre und Forschung experimentell und theoretisch vertrat, zum anderen weil sich die Quantenchemie nicht überwiegend aus der Physikalischen Chemie, sondern besonders aus der Physik, aber auch aus der Organischen und Anorganischen Chemie entwickelte. Ihr einigendes Selbstverständnis bezog sie durch den Bezug zur Schrödinger-Gleichung, die Ausgangspunkt der Forschung und danach auch der Lehre wurde. Die schon früher genannte Schwierigkeit war, dass es nur für wenige Fälle exakte Lösungen dieser Gleichung gab und dass man zu Näherungslösungen greifen musste. Insbesondere für Moleküle war und ist dies ein permanentes Problem, sodass sich die Herangehensweise durch das Niveau der Näherung unterschied. Dabei kam der Quantenchemie zugute, dass es eine technische Entwicklung gab, die sich mit dem Bau digitaler Rechner befasste. Die Unterstützung der Quantenchemie durch solche Computer spielte eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Näherungslösungen der Schrödinger- Gleichung.

In den ersten Kapiteln zur Entwicklung der Theoretischen Chemie wurde ausgeführt, welchen Bedeutungswandel der Begriff „Theoretische Chemie“ im 19. und 20. Jahrhundert erfahren hat und wie er aus der Chemie verschwunden und über die Physik wieder eingeführt worden ist. Dabei spielte der Beitrag einzelner Personen eine entscheidende Rolle. Die moderne Theoretische Chemie hat ihren Schwerpunkt in der Quantenchemie. Die von den Repräsentanten der Gründungsphase dieses Fachgebiets vertretenen Professuren oder Institute waren die Keimzellen der ersten Zentren und führten zu verschiedenen Schulrichtungen. Deshalb war die Darstellung in Kap. 5 weitgehend an den dort promovierten Schülern ausgerichtet, aber unter Einschluss der dortigen Habilitanden. In Kap. 6 wurden dann Arbeitsrichtungen angegeben, die sich im Rahmen der Zentren ergeben hatten oder die neu hinzukamen. In diesem Kapitel soll nun der Schwerpunkt der weiteren Entwicklung für Promovierte und Habilitierte aus den letzten dreißig Jahren auf deren Arbeitsrichtungen gelegt werden. Die Zahl der Theoretischen Chemiker mit Professuren auf diesem Gebiet ist stetig gewachsen, sodass es an den meisten deutschen, österreichischen und schweizerischen Universitäten inzwischen vorhanden ist.

Es war den Aktivitäten Hermann Hartmanns zu verdanken, dass 1962 die weltweit erste Zeitschrift für Theoretische Chemie erscheinen konnte. Sie wurde vom Springer-Verlag publiziert unter dem Namen Theoretica Chimica Acta, dem humanistischen Selbstverständnis Hartmanns entsprechend. Hartmann fand eine Reihe ihm bekannter Kollegen als Mitherausgeber, unter ihnen Carl Ballhausen, Edgar Heilbronner und Bernard Pullman. Als Publikationssprachen waren neben Deutsch auch Englisch und Französisch und sogar Latein zugelassen. Von letzterer Sprache machten in den ersten Jahren einige Autoren Gebrauch, darunter Anthony Whitehead, Gaston Berthier und Giuseppe Del Re. Auch die Kategorien der Artikel hatten lateinische Namen. Normale Artikel wurden unter Commentationes und Kurzmitteilungen unter Relationes geführt. Später kamen Übersichtsartikel unter dem Namen Indagationum conspectus hinzu. Buchbesprechungen liefen unter Recensiones. Die Entgegennahme von Manuskripten, die Begutachtung, die Korrespondenz und die redaktionelle Bearbeitung erfolgten im Hartmann’schen Institut durch wissenschaftliche Mitarbeiter. Die ersten Mitarbeiter waren Heinrich von Hirschhausen, Ernst Albrecht Reinsch, Karl Hensen und Erich Zeeck.

Anfang der 1960er Jahre bestand in Deutschland ein großer Nachholbedarf in Theoretischer Chemie. Kenntnisse in Quantentheorie brachten nur diejenigen mit, die von ihrer Ausbildung her Physiker waren. Letztendlich gab es nur wenige Arbeitsgruppen, die auf dem Gebiet Quantenchemie Forschungsarbeiten machten. Die größte war die von Hermann Hartmann in Frankfurt. Hartmann versuchte diesem Defizit abzuhelfen, indem er Sommerschulen für Chemiker in Konstanz am Bodensee veranstaltete. Diese fanden jeweils im September statt und dauerten drei Wochen. Sie liefen unter der Bezeichnung „Internationale Ferienkurse über Theoretische Chemie“. Die wichtigsten hatten ein eigenes Thema.

Nachdem Hermann Hartmann die erste Zeitschrift für Theoretische Chemie herauszugeben begonnen und Sommerschulen für Theoretische Chemie eingerichtet hatte, initiierte er ein Symposium über Theoretische Chemie, das vom 21.–24. April 1965 in Frankfurt im Hörsaal des Instituts für Physikalische Chemie stattfand. Die Tagung brachte Theoretiker und Experimentatoren aus der Bundesrepublik Deutschland, Österreich und der Schweiz zusammen. Es wurden 29 Vorträge gehalten, die auf 30–90 Minuten angesetzt waren. Von den 63 Teilnehmern waren 58 aus der Bundesrepublik Deutschland, zwei aus Österreich und drei aus der Schweiz. Der Einführungsvortrag wurde von Werner Bingel gehalten, der im Jahr zuvor die erste Professur für Theoretische Chemie in Göttingen erhalten hatte. Bingel sprach über „Aktuelle Problemstellungen der theoretischen Chemie im Ausland“. Er war dazu besonders prädestiniert, weil er die Zeit von 1957–1960 in den USA als Postdoctoral Research Associate bei Hertha Sponer (Duke University, Durham) und Robert G. Parr (Carnegie Institute of Technology, Pittsburgh) verbracht hatte und 1961–1962 Visiting Research Associate an der University of Florida, Gainesville, bei Per Olov Löwdin war. Das Pendant waren die Vorträge von L. Jansen (Genf) über „Die Theoretische Chemie in der Schweiz“ und von H. Hartmann über „Die Lage der Theoretischen Chemie in Deutschland“.

Die Arbeitsgemeinschaft Theoretische Chemie (AGTC) ist die Organisationsform der Theoretischen Chemiker in Deutschland. Sie wird als Verein getragen von der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für physikalische Chemie (DBG), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Die Mitglieder kommen aus Deutschland, Österreich, der Schweiz und weiteren Ländern. Die Arbeitsgemeinschaft entstand aus dem Bemühen heraus, die Arbeitsbedingungen der Theoretischen Chemie in Deutschland zu verbessern und den oben genannten größeren wissenschaftlichen Organisationen als Ansprechpartner für die Belange der Theoretischen Chemie zu dienen. Der Beginn dieser Organisation liegt im Jahr 1988, in dem eine Arbeitsgruppe, gebildet aus den Professoren R. Ahlrichs (Karlsruhe), G. Hohlneicher (Köln), W. Kutzelnigg (Bochum), W. Meyer (Kaiserslautern) und S. Peyerimhoff (Bonn), ein Memorandum zur Rechnersituation in der Theoretischen Chemie verfasste. Darin wurde die Sorge geäußert, dass die deutsche Theoretische Chemie ihr hohes internationales Ansehen verlieren könne, wenn nicht der besondere Bedarf an Höchstleistungsrechenkapazität für diese Fachrichtung in naher Zukunft gedeckt werde. Das Memorandum schilderte zunächst die historische Entwicklung, bei der ein Ausspruch Diracs aus den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts eine besondere Rolle spielt. Diracs formulierte nämlich, dass die physikalischen Gesetzmäßigkeiten für die mathematische Theorie der gesamten Chemie seit der Entwicklung der Quantenmechanik vollständig bekannt seien und dass die Schwierigkeit nur sei, die Lösung der komplizierten Gleichungen zu finden. Die Arbeitsgruppe stellte dann fest, dass jedes Einzelproblem wie Struktur und Eigenschaften eines Moleküls einer Lösung bedarf mit einer Genauigkeit, die lange Zeit von weiten Bereichen der numerischen Mathematik als nicht erreichbar angesehen wurde.

Dieses Kapitel beinhaltet eine Übersicht zu Professoren und Dozenten der Theoretischen Chemie und verwandter Fachgebiete.

Die erste Quelle dieses Buches ist die Datenbank des Genealogieprojekts Theoretische Chemie. Die Webseite kann man unter dem Stichwort Theoretical Chemistry Genealogy Project suchen. Sie stand seit 2009 unter http://genealogy.theochem.unihannover. de zur Verfügung und ist jetzt unter http://www.genealogy-theochem.de erreichbar. Diese Datenbank enthält auch Quellenangaben, die zum Teil hier wiederverwendet wurden. Von den Online-Quellen wurden folgende besonders häufig benutzt: Mathematics Genealogy Project (http://genealogy.math.uni-bielefeld.de/genealogy/) für die Genealogie von Mathematikern, Wikipedia (http://de.wikipedia. org/wiki/Wikipedia: Hauptseite; http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page) für Lebensläufe von Personen, Deutsche Nationalbibliothek (https://portal.d-nb.de/opac.htm?method=showOptions#top) für Dissertationen von Personen.