Robert Boyle

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Robert Boyle (1627–1692)

Robert Boyle (* 25. Januar 1626^jul./ 4. Februar 1627^greg. in Lismore, Königreich Irland; † 31. Dezember 1691^jul./ 10. Januar 1692^greg. in London) war ein in England wirkender Naturforscher. Anfänglich noch Anhänger der Alchemie, wurde er zum Mitbegründer der auf detaillierten und detailliert veröffentlichten Experimenten beruhenden modernen Naturwissenschaften, insbesondere der Physik und Chemie. Er bereitete den modernen Elementbegriff vor und entdeckte das nach ihm benannte Gesetz zum Zusammenhang zwischen Druck und Volumen eines Gases.

Leben

Gedenktafel am Schloss Lismore

Robert Boyle wurde als 14. Kind des Richard Boyle, 1. Earl of Cork (Great Earl of Cork) (1566–1643) auf Schloss Lismore im County Waterford im Süden Irlands geboren. Seine Mutter Catherine, die zweite Frau von Richard Boyle, war die Tochter des Staatssekretärs für Irland Geoffrey Fenton und seine Familie zählte zu den reichsten in England. Robert Boyle war ein Bruder des irischen Staatsmannes Roger Boyle (1621–1679).

Mit acht Jahren wurde er in das Eton College geschickt. Als Zwölfjähriger ging er nach Genf, später nach Florenz. Zunächst lernte er Recht, Philosophie, Mathematik, alte Sprachen, Medizin und Theologie. Sein Interesse galt den Naturwissenschaften. Während der Revolution in England verlor er kurzzeitig alle Geldmittel. In Italien studierte er Werke Galileo Galileis, der 1642 bei Florenz gestorben war. Nach dem Tod seines Vaters lebte er nach 1644 in seinem Landsitz in Stalbridge. Dort schrieb er sein Buch Ethik. Bereits 1648 muss Boyle auch auf chemischen Gebieten geforscht haben. Hierfür trat er in Kontakt mit Samuel Hartlib, Frederick Clod (* 1625; † nach 1661), George Starkey und Kenelm Digby. Er studierte Johan Baptista van Helmont, Francis Bacon und René Descartes. 1655 ließ er sich in Oxford nieder, 1668 in London. Da Boyle vermögend war, musste er keinem Broterwerb nachgehen, sondern konnte sich ganz den naturwissenschaftlichen Studien widmen. Er war unverheiratet und lebte im Haus seiner Schwester Katherine Jones, Viscountess Ranelagh, in London, wo er ein chemisches Labor hatte und viele Wissenschaftler empfing.

Robert Boyle starb in der Nacht zum 31. Dezember 1691 in London, eine Woche nach dem Tod seiner Schwester. Auf seinem Grabstein soll er als „Vater der Chemie und Onkel des Earl of Cork“ bezeichnet worden sein. Begraben wurde er auf dem Gelände der Kirche St Martin-in-the-Fields, die später zugunsten eines Neubaus abgetragen wurde, sodass heute keine Spur mehr von seiner Grabstätte existiert. Bei der Bestattung im Januar 1692 war Isaac Newton anwesend.

Persönliches

Boyle war groß und schlank. Er hatte keine robuste körperliche Verfassung, sondern litt an seiner schwachen Gesundheit. Ab dem Alter von 62 Jahren musste er sich zunehmend aus dem öffentlichen Leben zurückziehen. Er wohnte von 1668 bis zu seinem Tod bei seiner Schwester, Katherine Jones, Viscountess Ranelagh, die sich auch mit Alchemie und Pharmazie befasste. Sie richtete ihrem Bruder ein Labor in ihrem Haus ein und sie starben wenige Tage auseinander.

Boyle war ein tief religiöser Anglikaner; er vertrat die Auffassung, dass Wissenschaft und Glaube sich nicht gegenseitig ausschließen. Er unterstützte protestantische Missionsgesellschaften und finanzierte die Übersetzung und den Druck von Bibeln in die Sprachen indigener Völker in Asien und Afrika.

Boyle stiftete die Boyle Lectures, die die Vereinbarkeit von Glauben und Naturwissenschaften zeigen sollten. Die erste Boyle Lecture hielt 1692 Richard Bentley (A confutation of atheism). Anfangs waren sie in St. Paul in London, später in St Mary-le-Bow. Sie fanden mehr oder weniger regelmäßig jährlich bis Anfang des 20. Jahrhunderts statt und wurden 2004 von der anglikanischen Kirche neu belebt.

Die Boyle Mountains in der Antarktis sind nach ihm benannt. Auch der Mondkrater Boyle und der Asteroid (11967) Boyle sind nach ihm benannt.

Forschergemeinschaften

Boyle war Mitglied in der Gruppe „Invisible College“ in Oxford, aus der die Royal Society in London hervorging. Er war 1660 Gründungsmitglied der Royal Society, lehnte es aber 1680 ab, Präsident der Gesellschaft zu werden.

Sein umfangreicher schriftlicher Nachlass ist größtenteils im Besitz der Royal Society.

Im März 2015 wurde eine Erstausgabe von The Sceptical Chymist auf einer Auktion in London zu einem Rekordpreis von 492.000 Euro versteigert.^[1]

Bedeutende Leistungen

Boyles „Pneumatic engine“

Gesetz von Boyle und Mariotte und andere Gaseigenschaften

Galileo Galilei hatte bereits versucht, das Gewicht der Luft zu messen. Otto von Guericke hatte bereits Luft aus geschlossenen Räumen herausgepumpt. Riccioli vermutete, dass die Luftsäule über der Erde etwa 75 km in die Höhe reicht, und Blaise Pascal vermutete, dass der Luftdruck auf hohen Türmen und Bergen geringer als auf der Erde sein müsste.

Robert Boyle verbesserte zusammen mit Robert Hooke die Luftpumpe, und nach ihrer Vollendung 1659 begann er eine Reihe von Experimenten über die Eigenschaften der Luft. Im Jahr 1660 machte Boyle seine wichtigen Versuche zur Bestimmung des Luftdruckes, die er in New Experiments, Physico-Mechanical, touching the Spring of the Air publizierte. Boyle füllte ein einseitig verschlossenes Rohr mit Wasser und stellte das Rohr mit der Öffnung nach unten in eine Sperrflüssigkeit (Wasser, Quecksilber). Einige wenige Luftblasen waren im Rohr vorhanden. Nun brachte er die Anordnung unter eine Glasglocke und saugte mit einer Luftpumpe die Luft heraus. Dabei sank die Füllhöhe der Sperrflüssigkeit im Rohr, weil sich die eingeschlossenen Luftblasen im Rohr ausdehnten. Boyle wandelte die Versuchsanordnung ab, indem er ein U-förmig gebogenes Glasrohr mit ungleich langen Schenkeln benutzte. Er füllte zunächst Quecksilber in das Rohr, dann Wasser. Aufgrund des höheren spezifischen Gewichtes von Quecksilber wurde die Wassersäule heruntergedrückt. Mit dieser Anordnung konnte er das spezifische Gewicht von Quecksilber in Relation zum Wasser bestimmen, der Faktor betrug etwa 13,54.

Boyle nutzte dann das U-förmige Rohr zur Luftdruckmessung, indem er den kurzen Schenkel mit Wachs verschloss und Quecksilber in das Rohr einfüllte. Mit einem aufgeklebten kalibrierten Papierstreifen konnte er so den Luftdruck bestimmen. Mit der Luftpumpe verminderte er nun den Luftdruck und konnte zeigen, dass Luftdruck und Volumen immer umgekehrt proportional sind. Dieses Ergebnis veröffentlichte Boyle 1662. 1676 entdeckte Edme Mariotte unabhängig von Boyle den Zusammenhang noch einmal. Der nach beiden als Gesetz von Boyle-Mariotte benannte Zusammenhang für ideale Gase lautet:

$ V=const\cdot {\frac {1}{p}} $ oder $ \textstyle p\cdot V=const $ $ \textstyle (p=Druck,V=Volumen). $

Es ist ein Spezialfall des allgemeinen Gasgesetzes. Bei seinen Versuchen zeigte Boyle auch, dass Schall sich im Vakuum nicht ausbreiten kann.

Boyles Experimente mit der Luftpumpe führten zu einer Kontroverse mit Thomas Hobbes, die möglicherweise religiös-politisch untermauert war. Boyle war an der Beschreibung der Wirkungen interessiert, nicht an den den Fakten zugrundeliegenden Ursachen. Hobbes forderte, dass das neue Wissen kausal und notwendig hergeleitet sein müsse. Die bloß experimentelle Herbeiführung künstlicher Effekte führe – so Hobbes – nicht zu wahrem Wissen, da induktive Schlüsse von der Wirkung auf die Ursachen stets hypothetisch blieben. Auch das Argument Boyles, dass seine Experimente jederzeit wiederholbar seien, konnte Hobbes Skeptizismus gegenüber wissenschaftlichen Instrumenten und der durch sie bedingten Verfälschung der Natur nicht beseitigen.^[2]

Fallgesetz

Indem er mithilfe seiner Pumpe ein Vakuum herstellte, konnte Robert Boyle 1659 das von Galileo Galilei aufgestellte Gesetz bestätigen, dass alle Körper mit derselben Geschwindigkeit zu Boden fallen, wenn man den Luftwiderstand vernachlässigen kann (siehe freier Fall).

Elementbegriff und Analytische Chemie, Naturphilosophie

Titelseite des The Sceptical Chymist (1661).

Im Jahr 1661 veröffentlichte Boyle sein zweites Werk The Sceptical Chymist (Der skeptische Chemiker). Boyle erwähnt in seinem Buch, dass er der deutschen Sprache nicht mächtig sei, so dass in seinem Werk keine deutschen Literaturstellen zur Theorie von Elementen (z. B. von Joachim Jungius) angegeben wurden. In {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) unterstrich Boyle die Forderung von Francis Bacon, in naturwissenschaftlichen Bereichen gründliche experimentelle Methoden anzuwenden (Empirie). Die Beobachtungen müssten geprüft und erst dann dürften Theorien gemacht werden.

Boyle machte die Erforschung der Eigenschaften der Stoffe zu einer wissenschaftlichen Aufgabe. Er erblickte somit in der Chemie erstmals eine selbstständige Wissenschaft. Er gilt auch als Begründer der analytischen Chemie, das Wort Analyse (Auflösung) hat er geprägt. Er hat Indikatoren (Lackmus, Veilchen) verwendet. Er verwendete diese Indikatoren zum Nachweis von Säuren und Basen in Salzen. Vermutlich entdeckte er bei seinen Destillationen Aceton (durch Erhitzen von Bleiessig) und Methanol (durch Erhitzen von Holz), da noch keine Elementaranalyse entwickelt worden war, gelten spätere Forscher als deren Entdecker. Boyle nutzte auch erstmals eine Vakuumdestillation.

In Abschnitt 3 und 6 seines Buches werden wichtige Fragen zum Elementbegriff gestellt. Wer hat Gold in seine Elemente zerlegt? Wer hat Glas in seine Elemente zerlegt? Waren diese nicht zerlegbaren Stoffe möglicherweise Elemente?

Destillierte Boyle Holz, so erhielt er den Holzessig, eine damals nachweisbare Säure. Wurde Holz aber über Korallen destilliert, so erhält er ein anderes nichtsaures Destillat (etwas Methanol (Holzgeist)). Welche Gründe gab es für die Entstehung unterschiedlicher Stoffe?

Boyle erkannte durch Wägung, dass bei der Metallverkalkung (starke Erhitzung eines Metalls mit Feuer und Luft, dabei entstehen Metalloxide) das Gewicht des salzartigen Stoffes gegenüber dem reinen Metall zunahm. Diese Erkenntnis sprach gegen die später aufgekommene Phlogistontheorie.^[3]

Für Boyle war Chemie die Wissenschaft der Zusammensetzung der Substanzen, und er trug zum heutigen Verständnis der chemischen Elemente als die (chemisch) unzerlegbaren Bausteine der Materie bei. Sein Elementbegriff wirkt zwar modern, dahinter stehen aber noch alchemistische Vorstellungen (zum Beispiel glaubte er an eine Materia Prima), und seine Vereinnahmung für moderne Vorstellungen des Aufbaus der Materie ist mit Vorsicht zu betrachten.^[4] Da er den Unterschied zwischen Gemisch und Verbindung erkannte, konnte er beträchtliche Fortschritte in der Bestimmung der Bestandteile machen, ein Prozess, den er Analyse nannte (zum heutigen Begriff vgl. unter Kationentrennungsgang, Nachweisreaktion). Er kann daher als Mitbegründer der Analytischen Chemie gelten. Diese nasschemische Analysentechnik wendete er auch auf Erzproben an.

Im Jahr 1660 konnte er zeigen, dass eine Maus in einer geschlossenen Kammer, in der eine Kerze brennt, in demselben Augenblick stirbt, wie die Kerze erlischt. Dem Sauerstoff, dessen Mangel dafür verantwortlich war, kam man erst in den Jahren nach 1770 auf die Spur.

Boyle und die Alchemie

Der experimentell arbeitende Boyle lehnte die auf Empedokles zurückgehende Lehre der vier Elemente – Erde, Luft, Feuer und Wasser – ab, ebenso die Lehre des Paracelsus über die drei Prinzipien (Salz, Schwefel, Quecksilber). Er verfolgte auch das alchimistische Ziel der Elementumwandlung. So glaubte er auch noch an Metalltransmutationen mithilfe des Steins der Weisen und war an Nachrichten über alchemistische „Adepten“, die vorgaben, diese durchführen zu können, sehr interessiert und Zeuge mehrerer solcher Versuche. Ein Auszug aus seinem Dialogue on Transmutation erschien 1678 anonym (A degradation of gold by an anti-elixir). Boyle arbeitete insbesondere mit dem Alchemisten George Starkey zusammen, von dem er eine Substanz erhielt, die er für das von Alchemisten gesuchte philosophische Quecksilber hielt. Mit dieser führte er jahrzehntelang Experimentierte durch, über welche er in verklausulierter Form 1675 in den Philosophical Transaction der Royal Society berichtete. Boyle korrespondierte mit Alchemisten in ganz Europa – dadurch war er auch einer der Ersten, die im Ausland die Entdeckung des Phosphors durch Hennig Brand aufgriffen. Er erreichte 1689 die Aufhebung eines alten Gesetzes, das Transmutationsexperimente zur Gewinnung von Edelmetallen verbot (erlassen aus Angst vor Geldfälschung). Sein Verhältnis zur Alchemie ist früher wenig beachtet worden, was – ähnlich wie bei Isaac Newton – durch einen Hang zur Geheimhaltung von Seiten Boyles in diesen Fragen gefördert wurde, und ist erst später durch Studien insbesondere von Lawrence M. Principe und William R. Newman in ein neues Licht gerückt worden.

Nach dem Tode Boyles entstand eine Korrespondenz zwischen Isaac Newton und John Locke um eine mysteriöse Hinterlassenschaft Boyles, die sie als „red earth“ (rote Erde) bezeichneten. Boyle schrieb ihr die Fähigkeit zu, Metalle zu „transmutieren“. Am 21. Januar 1692 schrieb Newton an Locke und bat um die Rücksendung seiner „Two Notable Corruptions“. Worum es sich hierbei handelte, lässt sich aus der Antwort Lockes schließen, die einen Teil von Boyles „red earth“ und deren Herstellungsrezept enthalten haben soll. Nach dem Empfang schrieb Newton: „{{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value)“ (Newton bezog sich hier auf ein Gesetz von König Heinrich IV, das die Transmutation von Metallen in Gold oder Silber verbot). Am 2. August 1692 schrieb Newton einen Brief an Locke, wobei er den Begriff „{{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value)“ benutzte. Aus der veröffentlichten Korrespondenz wird klar, dass Newton niemals versucht hat, mit der „red earth“ Gold herzustellen, dass er jedoch ein Jahr später, im August 1693, einen Selbstversuch gewagt und etwas von der „red earth“ eingenommen hat, was in den folgenden Wochen einen emotionalen Zusammenbruch herbeiführte^[5].

Der Begriff des Korpuskels

Bolye entwickelte eine Vorstellung, nach der es eine Vielzahl von kleinsten Teilchen gäbe, die in verschiedener Weise kombinierbar seien und eine Form bildeten, die er Korpuskel, corpuscles nannte. Die umfassende Theorie hierzu nannte er corpuscularian theory^[6], von deren Einfachheit bei gleichzeitiger Universalität er ausging, so dass man keinerlei Befürchtungen hegen müsse, dass sie je durch eine andere physikalische Hypothese abgelöst werden würde.

Schriften (Auswahl)

• New experiments physico-mechanicall, touching the spring of the air and its effects. Oxford 1660, (online).
• The Sceptical Chymist. 1661. (online), dt. Der skeptische Chemiker, ISBN 3-8171-3229-8.
• Certain Physiological Essays. 1661. – 5 Essays
• A Defence of the Doctrine Touching the Spring and Weight of the Air. Oxford 1662, (online).
• Experiments Touching Colours. 1664. (online).
• New Experiments and Observations Touching Cold or an Experimental History of Cold, Begun. London 1665, (online).
• Hydrostatical paradoxes, made out by new experiments… 1666. (online).
• The general history of the air. London 1692.
• Boyle Papers University of London (Nachlass bei der Royal Society)

Werkausgaben, Briefe:

• Michael Hunter (Hrsg.): Robert Boyle by Himself and his Friends, London: Pickering & Chatto, 1994
• Michael Hunter, Lawrence M. Principe, Antonio Clericuzio (Hrsg.): The Correspondence of Robert Boyle, 6 Bände, London: Pickering & Chatto 2001
• Thomas Birch (Hrsg.): The Works of the Honourable Robert Boyle, 5 Bände, London, 1744, 2. Auflage, 6 Bände, London 1772, Google books.
• Michael Hunter, Edward B. Davis (Hrsg.): The Works of Robert Boyle, 14 Bände, London: Pickering & Chatto, 1999, 2000

Literatur

• Vorlage:DictSciBiogr
• Marie Boas Hall: Robert Boyle and Seventeenth-Century Chemistry, Cambridge University Press, 1958 (erhielt den Pfizer Prize)
• Marie Boas Hall (Hrsg.): Robert Boyle and Natural Philosophy, Bloomington, Indiana 1965
• R. E. W. Maddison: The life of the honourable Robert Boyle F.R.S. Taylor & Francis, London 1969.
• Robert Boyle: in Das Buch der Grossen Chemiker, Band I, Verlag Chemie GmbH, Weinheim 1955, S. 173 ff.
• Lawrence M. Principe: The Aspiring Adept: Robert Boyle and His Alchemical Quest, Princeton, 1998
• Lawrence M. Principe: Robert Boyle, in: Claus Priesner, Karin Figala: Alchemie. Lexikon einer hermetischen Wissenschaft, Beck 1998, S. 88–91
• A. Clericuzio: A redefinition of Boyle's chemistry and corpuscular philosophy, Annals of Science, 47 (1990), 561–589.
• Michael Hunter: Boyle, Robert, New Dictionary of Scientific Biography
• M. Hunter: Alchemy, Magic and Moralism in the thought of Robert Boyle, British Journal for the History of Science, Band 23, 1990, S. 387–410
• M. Hunter (Hrsg.): Robert Boyle reconsidered, Cambridge 1994
• Rose-Mary Sargent: The Diffident Naturalist - Robert Boyle and the Philosophy of Experiment, The University of Chicago Press, Chicago & London 1995.
• Simon Schaffer, Steven Shapin: Leviathan and the air-pump: Hobbes, Boyle, and the experimental life, Princeton University Press, Princeton, N.J. 1985, 1989.
• Rainer Specht: Erfahrung und Hypothesen. Meinungen im Umkreis Lockes, in: Philosophisches Jahrbuch 88 (1981) 20–49.

Weblinks

Commons: Robert Boyle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Literatur von und über Robert Boyle im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Vorlage:VerzDtDrucke
• J. J. MacIntosh, Peter Anstey : Eintrag in Edward N. Zalta (Hrsg.): Stanford Encyclopedia of Philosophy.Vorlage:SEP/Wartung/Parameter 1 und Parameter 3 und nicht Parameter 2
• William Eaton: Eintrag in der Internet Encyclopedia of Philosophy.
• The Robert Boyle Project (Birkbeck College, University of London) – hervorragende Seite zum Thema unter der Leitung von Professor Michael Hunter
• Eintrag zu Boyle; Robert (1627 - 1691); Natural Philosopher and Chemist im Archiv der Royal Society, London

Einzelnachweise