Emil Wohlwill's “Entdeckung des Isomorphismus”: A Nineteenth-Century “Material Biography” of Crystallography

Abstract

Eilhard Mitscherlich's experimental work on isomorphism in the crystallisation of many inorganic compounds was regarded by Emil Wohlwill (1835–1912) as a milestone in the history of the atomic–molecular theory. Despite his positivist account, Wohlwill's 1866 survey was primarily concerned with the material conditions that shaped Mitscherlich's theoretical assumptions on iso- and polymorphic crystallisation, narrowing the range of possible alternative models. Following an account of Wohlwill's exposition, and a discussion of his historiographic views, the paper shows how, from a historico-epistemological perspective, technical improvements in crystallography (an emerging branch of early-nineteenth-century mineralogy) were deeply entangled with a new interest in crystal formation as a cutting-edge research field of inorganic chemistry. This had fundamental implications for the development of atomic and molecular theory.

Acknowledgements

This article is the revised version of a talk given at the International Conference Scientific Objects and Their Materiality in the History of Chemistry (Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte, Berlin, 24–26 June 2010).

Notes

1 Emil Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus. Eine Studie zur Geschichte der Chemie,” Zeitschrift für Völkerpsychologie und Sprachwissenschaft, 4 (1866): 1–67.

2 Emil Wohlwill, “Über Goldscheidung auf elektrolytischem Wege,” Zeitschrift für Elektrochemie 4 (1898): 379–85, 402–09, 421–23; “Das Zerfallen der Anode,” Zeitschrift für Elektrochemie 9 (1903): 311–22.

3 Hans-Werner Schütt, Emil Wohlwill Galilei-Forscher, Chemiker, Hamburger Bürger im 19. Jahrhundert (Hildesheim: Gerstenberg-Verlag, 1972), 15. All translations from the German are my own.

4 Hans-Werner Schütt, Die Entdeckung des Isomorphismus. Eine Fallstudie zur Geschichte der Mineralogie und der Chemie (Hildesheim: Gerstenberg-Verlag, 1984).

5 Hermann Kopp, Geschichte der Chemie, 4 vols. (Braunschweig: Vieweg, 1843–1847).

6 Moritz Cantor, Vorlesungen über die Geschichte der Mathematik, 4 vols. (Leipzig: Teubner, 1880–1908).

7 Hermann Kopp, Beiträge zur Geschichte der Chemie (Braunschweig: Vieweg, 1869–1875); Die Entwickelung der Chemie in der neuern Zeit (München: Oldenbourg, 1871–1873); Die Alchemie in älterer und neuerer Zeit. Ein Beitrag zur Culturgeschichte, 2 vols. (Heidelberg: Winter, 1886).

8 Marco Beretta, “The Changing Role of the Historiography of Chemistry in Continental Europe since 1800,” Ambix 58 (2011): 257–76 (esp. 259–66).

9 Hermann Kopp, Einleitung in die Kristallographie und in die kristallographischen Kenntnisse der wichtigern Substanzen (Braunschweig: Vieweg, 1849; 1862).

10 Gustav Rose, “Zur Erinnerung an Eilhard Mitscherlich”, Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft 16 (1864): 21–72; “Über die Entdeckung der Isomorphie. Ergänzung der Gedächtnisrede auf Eilhard Mitscherlich,” Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft 20 (1866): 621–30.

11 Schütt, Emil Wohlwill, 120–21.

12 “Die Beziehungen zwischen der mathematisch bestimmten Gestalt und der chemischen Substanz krystallisirter Körper sind erst in den letzten Decennien des 18. Jahrhunderts als unzweifelhaft vorhanden anerkannt; erst damals sind die Bedenken gegen die Berechtigung einer Wissenschaft der Krystalle verstummt. Es könnte die Verspätung dieses Zweiges der Naturwissenschaft auffällig erscheinen. Ist doch mit der Frage nach einem innern Grunde der Formen das tiefste speculative Interesse verknüpft und scheint doch, wo die Natur am gleichen Stein die gleichen scharf bestimmten Formen unabänderlich wiederholt, das uralte Problem in seiner einfachsten Fassung der Forschung sich entgegenzudrängen! Daß diese Einfachheit den Erscheinungen nicht eigenthümlich ist, beweist die lange Vorgeschichte der Krystallochemie. Einfach ist so wenig der Begriff der bestimmten Form wie der der bestimmten Substanz. Den einen wie den anderen zur selbstverständlichen Deutlichkeit des heutigen Sprachgebrauchs zu entwickeln, war unbewußt die Aufgabe aller Bestrebungen im Bereich dieser Vorgeschichte.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 1–2.

13 Niels Stensen, De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus (Florentiae: Typographia sub signa stellae, 1669).

14 “So lag auch eine Krystallsammlung von damals seltener Vollständigkeit dem umfassenden systematischen Versuch zu Grunde, durch den LinnÉ auch im Reich der Krystalle Anordnung und Uebersicht zu gewinnen hoffte. Seine Vergleichungen waren oberflächlich, der Kern seiner Betrachtungsweise unmathematisch, sein Eintheilungs-Princip, schon als er es anwandte, unberechtigt und unmöglich—aber dennoch beginnt mit diesem Versuch die zusammenhängende Entwicklung der Krystallographie.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 4.

15 Carl von Linné, Systema naturae per regna tria naturae, secundum classes, ordines, genera, species, cum characteribus, differentiis, synonymis ac locis, ed. Theodor Haak, 3 vols. (1st ed. Leiden: de Groot, 1735; 12th ed. Stockholm: Impensis Laurentii Salvii, 1768), vol. III: Regnum Lapideum.

16 John G. Burke, Origins of the Science of Crystals (Berkeley, Los Angeles: California University Press, 1966); Alfred E. H. Tutton, The Natural History of Crystals (London: Kegan Paul, 1924); Hélène Metzger, La genèse de la science des cristaux (Paris: Blanchard, 1969).

17 Jean-Baptiste Romé de l'Isle, Essai de cristallographie ou Description des figures géométriques, propres aux différents corps du règnes minéral, connus vulgairement sous le nom de cristaux (Paris: Didot, 1772; 1783).

18 Hermann Boerhaave, Elementa chemiae, 2 vols. (Leiden: Isaacus Severinus, 1724); Matthew Eddy, The Language of Mineralogy: John Walker, Chemistry, and the Edinburgh Medical School, 1750–1800 (Aldershot: Ashgate, 2008).

19 Romé de l'Isle, Essai de cristallographie, xii–xiii.

20 Rachel Laudan, “Tensions in the Concept of Geology: Natural History or Natural Philosophy?,” Earth Sciences History 1 (1982): 7–13; From Mineralogy to Geology: The Foundations of a Science, 1650–1830 (Chicago: The University of Chicago Press, 1987); David R. Oldroyd, Sciences of the Earth. Studies in the History of Mineralogy and Geology (Aldershot: Ashgate, 1998).

21 Sally Newcomb, The World in a Crucible: Laboratory Practice and Geological Theory at the Beginning of Geology (Penrose Place: The Geological Society of America, 2009).

22 René-Just Haüy, Essai d'une théorie sur la structure des cristaux appliquée à plusieurs genres de substances cristallisées (Paris: Gogué & Née de la Rochelle, 1784).

23 René-Just Haüy, Traité de minéralogie, 2 vols. (Paris: Gogué & Née de la Rochelle, 1801).

24 Edward H. Kraus, “Haüy's Contribution to Our Knowledge of Isomorphism,” American Mineralogist, 3 (1918): 126–30; David R. Oldroyd, “Mineralogy and the ‘Chemical Revolution,’” Centaurus, 19 (1975): 54–71; Alan J. Rocke, “Atoms and Equivalents: The Early Development of the Chemical Atomic Theory,” Historical Studies in the Physical Sciences, 9 (1978): 225–63; Chemical Atomism in the Nineteenth Century: from Dalton to Cannizzaro (Columbus: Ohio State University Press, 1984).

25 Trevor H. Levere, Affinity and Matter: Elements of Chemical Philosophy 1800–1865 (Oxford: Clarendon Press, 1971); Matthew Eddy, “Elements, Principles, and the Narrative of Affinity,” Foundations of Chemistry 6 (2004): 161–75.

26 “Selbst die Ausnahme, die sich nicht übersehen ließ, wurde mit dem Kern der Theorie sehr wohl vereinbar gefunden. In den ältest bekannten Formen, die das reguläre System der neueren Krystallographie umfaßt, in Würfeln, regelmäßigen Oktaëdern, Rhombendodekaëdern u. s. w. sah man die krystallisationsweise einer größeren Reihe von Substanzen, deren Zusammensetzung nicht den entferntesten Anhalt einer Vergleichung bot; der complicirten Mischung der Alaune und Granate entsprach dieselbe Form wie der einfachen des Steinsalzes und Schwefelkieses, wie der elementaren Natur des Diamants, des Eisens und Blei's. Haüy umfaßte die Formen dieser Körper oder ihrer “integrirenden Molecüle” unter dem Namen Grenzformen. Wenn die Gestalt eines integrirenden Molecüls […] in der Weise der Vereinigung verschieden geformter Elementar-Molecüle ihren Grund und Ursprung hat, so ist es möglich, daß aus völlig verschiedenen Combinationen verschiedener Elemente dieselben einfachen Formen als Resultat hervorgehen […]. Durch den Namen der „Grenzformen“ wurde der Schein eines Widerspruchs beseitigt.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 8–9.

27 René-Just Haüy, Traité de cristallographie, 2 vols. (Paris: Bachelier & Huzard, 1822), vol. 1, vii–viii.

28 Ida Freund, The Study of Chemical Composition. An Account of Its Method and Historical Development (New York: Dover Publications, 1968).

29 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 11.

30 “An eine ähnliche Bildung dachte Haüy zuerst, als er erkannte, daß in den Mineralien von der rhomboëdrischen Form des Kalkspaths seiner Theorie eine Aufgabe zu lösen blieb. Es waren diese sogenannten Spathe ihrer Substanz nach als Verbindungen der Kohlensäure erkannt, in denen von Basen: Kalk, Magnesia, Eisenoxydul, Manganoxydul, Zinkoxyd entweder einzeln oder zu je zweien und dreien auftraten. […] Diese Mannigfaltigkeit machte die Gruppe der rhomboëdrisch krystallisirenden Spathe lange Zeit zum Kreuz der Systematiker. […] Es war das Kalkspath-Rhomboëder, dessen Verhältnisse sich die andern Spathe anzumaßen schienen, eine der einfachsten Formen, die der Messung bis dahin zugänglich gewesen. Warum sollten nicht wie in den einfachen Gestalten des Würfels und Octaëders auch in diese die Combinationen verschiedenster Grundstoffe sich begegnen? Die Annahme, daß auch das Kalkspath-Rhomboëder eine “Grenzform” sei, erledigte alle Schwierigkeiten, die nicht auf anderem Wege zu heben waren.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 12–14.

31 “Was in sechsseitigen Prismen krystallisirte, galt bis zur Begründung der wissenschaftlichen Krystallographie als zusammengehörig. Ohne die Gleichheit oder Ungleichheit der Winkel zu beachten, ordnete man, was nach der Zahl der Flächen stimmte, zum Bergkrystall und zum Salpeter. Der Arragonit war solcher oberflächlichen Aehnlichkeit willen von Werner, wie es scheint ohne Rücksicht auf seine chemische Natur, der Kalkspathreihe zugetheilt. […] Der Arragonit wurde, wiederum einer äußerlichen Aehnlichkeit entsprechend, für eine Varietät des Apatits erklärt. Der Name dieses letzteren Minerals bewahrt das Gedächtniß der Täuschungen, die der älteren tastenden Mineralogie sein Wesen verhüllten, auch den Apatit hat Werner zuerst nach äußeren Eigenschaften als eigenthümliche Species gesondert. Sein Schluß fand Bestätigung in Klaproths chemischer Analyse. Der Schöpfer einer wissenschaftlichen Mineral-Analyse erkannte im Apatit die Zusammensetzung des phosphorsauren Kalks, bald darauf den Gehalt an Fluor. Im Arragonit jedoch, der vermeintlichen Apatit-Varietät, fand Klaproth nur die Bestandtheile des Kalkspaths, es war kohlensaurer Kalk wie dieser.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 14–15.

32 Abraham G. Werner, Von den äußerlichen Kennzeichen der Fossilien (Leipzig: Siegfried L. Crusius, 1774); Kurze Classification und Beschreibung der Gebirgsarten (Dresden: Walther, 1787); Neue Theorie über Entstehung der Gänge (Freiberg: Gerlach, 1791).

33 Martin H. Klaproth, Beiträge zur chemischen Kenntniß der Mineralkörper, 5 vols. (Berlin: Rottmann, 1795–1810); Georg Lockemann, Ralph E. Oesper, “Friedrich Stromeyer and the History of Chemical Laboratory Instruction,” Journal for Chemical Education, 30 (1953): 202–04; Wilhelm Prandtl, Deutsche Chemiker in der ersten Hälfte des neunzehnten Jahrhunderts (Weinheim: Verlag Chemie, 1956); Ernst Homburg, “The Rise of Analytical Chemistry and Its Consequences for the Development of the German Chemical Profession (1780–1860),” Ambix, 46 (1999): 1–32.

34 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 15–16; William H. Wollaston, “On Super-Acid and Sub-Acid Salts,” Philosophical Transactions, 98 (1808): 96–102.

35 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 19–22.

36 Claude-Louis Berthollet, Eléments de l'art de la teinture, 2 vols. (Paris: Didot, 1791); Berthollet, Essai de statique chimique, 2 vols. (Paris: Didot, 1803); Michelle Sadoun-Goupil, Le chimiste Claude-Louis Berthollet, 1748–1822: sa vie, son oeuvre (Paris: Vrin, 1977).

37 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 22–23.

38 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 25–26.

39 “Unter den wichtigen Erfolgen, die aus der Begründung der Stöchiometrie und ihrer Sprache der gesammten Chemie erwuchsen, war es für den Gegenstand dieser Betrachtungen von entscheidender Bedeutung, daß erst durch dies neue Organ eine Analogie der Zusammensetzung im heute gebräuchlichen Sinne wahrnehmbar wurde. Am Leitfaden der Analogieen ist wie alle Erkenntniß auch die chemische fortgeschritten. […] Man lernte […] Reihen von ähnlichen Verbindungen kennen, in denen Ein gemeinsamer Bestandtheil mit verschiedenen, aber durch wesentliche Eigenschaften einander nahestehenden Substanzen vereinigt war, und die Beobachtung fand dieser gleichartigen Zusammensetzung entsprechend, ähnliche Weisen der Bildung und Umbildung. Alle diese Analogieen blieben auf die Qualität beschränkt. Da aber die Natur der Verbindungen durch die Quantitätsverhältnisse bestimmt ist, so waren die natürlichen Analogieen ihrem Wesen nach erst durch Vermittelung der Stöchiometrie der Beobachtung zugänglich. Es ist seitdem von einer Analogie der Zusammensetzung ausschließlich in diesem Sinne zu reden.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 29.

40 Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 32–34.

41 Hans-Werner Schütt, Eilhard Mitscherlich, Baumeister am Fundament der Chemie (München: Oldenbourg, 1992); Eilhard Mitscherlich, Prince of Prussian Chemistry (Washington, DC: American Chemical Society and the Chemical Heritage Foundation, 1997); Astrid Schürmann, ed., Chemie, Kultur, Geschichte. Festschrift für Hans-Werner Schütt anlässlich seines 65. Geburtstages (Berlin: GNT-Verlag, 2002).

42 Eilhard Mitscherlich, “Über die Krystallisation der Salze, in denen das Metall der Basis mit zwei Proportionen Sauerstoff verbunden ist,” Abhandlungen der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften (1818–1819): 427–37.

43 Johann N. Fuchs, Über die Theorien der Erde, den Amorphismus fester Körper und den gegenseitigen Einfluß der Chemie und Mineralogie (München: Fleischmann, 1844); Cajetan G. Kaiser, ed., Gesammelte Schriften des Johann Nepomuk von Fuchs (München: Wolf & Sohn, 1856).

44 “So erkannte Fuchs zuerst “vicariirende” Bestandtheile. Mineralien, die nach den äußeren Eigenschaften derselben Species angehörten, erschienen ihm zuerst auch chemisch zusammengehörig durch die Annahme, daß gewisse Basen in wechselnden Verhältnissen einander vertreten können. Seit längerer Zeit war ein Beispiel solcher wechselseitiger Vertretung in der Mischung der Alaune wohlbekannt. […] Haüy gedenkt in seiner Mineralogie dieser merkwürdigen Beobachtung, allein er beachtet nicht, daß sie für seine Theorie bedeutsam ist. […] Haüy sieht nur einen abgesonderten Fall, obwohl verwandte Thatsachen von ihm verzeichnet sind. Die reguläre Form der Alaune genügte ihm ohnedies, um den Anschein eines Widerspruchs mit den Grundlagen des Systems zu beseitigen. Aber schon Berthollet (1803) verzeichnet die Alaune unter den thatsächlichen Beweisen gegen die herrschende Lehre. Sobald mit der neuen Chemie die Lehre von vicariirenden Bestandtheilen gleichzeitig möglich und nothwendig geworden war, fand sie eine wichtige Stütze in diesem ältest bekannten Fall des Isomorphismus.” Wohlwill, “Die Entdeckung des Isomorphismus,” 34–35.

45 Emil Wohlwill, Galilei und sein Kampf für die copernicanische Lehre. 1. Bd. Bis zur Verurteilung der copernicanischen Lehre durch die römische Kongregation (Hamburg-Leipzig: Voss, 1909); Wohlwill, “Naturforscher als Historiker der Naturwissenschaften”, Mitteilungen zur Geschichte der Medizin, Naturwissenschaften und Technik 11 (1912): 233–47; Wohlwill, Galilei und sein Kampf für die copernicanische Lehre. 2. Bd. Nach der Verurteilung der copernicanischen Lehre durch das Dekret von 1616. Aus dem Nachlaß herausgegeben und mit einem Vorwort versehen von Friedrich Wohlwill (Leipzig: Voss, 1926).

46 Emil Wohlwill, “Joachim Jungius und die Erneuerung atomistischer Lehren im 17. Jahrhundert. Ein Beitrag zur Geschichte der Naturwissenschaften in Hamburg,” Abhandlungen aus dem Gebiete der Naturwissenschaften, Bd./hrsg. vom Naturwissenschaftlichen Verein in Hamburg. 10 (Hamburg: Friederichsen & Co., 1887): 1–66; Hans Kangro, Joachim Jungius' Experimente und Gedanken zur Begründung der Chemie als Wissenschaft. Ein Beitrag zur Geistesgeschichte des 17. Jahrhunderts (Wiesbaden: Steiner, 1968); Christoph Meinel, “Der Begriff des chemischen Elementes bei Joachim Jungius”, Sudhoffs Archiv, 66 (1982): 313–38; Mary Jo Nye, From Chemical Philosophy to Theoretical Chemistry. Dynamics of Matter and Dynamics of Disciplines, 1800–1950 (Berkeley-Los Angeles: University of California Press, 1993).

47 “Mit seiner ‘Studie zur Geschichte der Chemie’ wollte Wohlwill das Wachsen einer Erkenntnis darstellen, aber wohl nicht nach dem Bild eines Baumes, in dem das alte Material weiterlebt, sondern mehr nach dem Bild einer Korallenbank, die auf dem Untergrund abgestorbener Teilchen höher und größer wird.” Schütt, Emil Wohlwill, 132.

48 Lorraine Daston, ed., Biographies of Scientific Objects (Chicago: University of Chicago Press, 2000); Lorraine Daston and Peter Galison, Objectivity (New York: Zone Books, 2007).

49 Paula Findlen, “Jokes of Nature and Jokes of Knowledge: the Playfulness of Scientific Discourse in Early Modern Europe,” Renaissance Quarterly 43 (1990): 292–331; Lorraine Daston and Katharine Park, Wonders and the Order of Nature: 1150–1750 (New York: Zone Books, 1998); Lorraine Daston, Wunder, Beweise und Tatsachen. Zur Geschichte der Rationalität (Frankfurt am Main: Fischer, 2001).

50 Seymour H. Mauskopf, “Crystals and Compounds. Molecular Structure and Composition in Nineteenth-Century French Science,” Transactions of the American Philosophical Society 66: 3 (1976), 1–82.

Additional information

Notes on contributors

Stefano Salvia

Stefano Salvia graduated in Philosophy at the University of Pisa and at the Scuola Normale Superiore. From 2006 to 2008 he joined the activities of the International Research Network History of Scientific Objects, coordinated by the MPIWG in Berlin. In 2009 he defended his Ph.D. dissertation in History of Science at the University of Pisa. Currently he is research assistant in History of Science at the Department of Philosophy, Pisa. His research fields range from the history of early modern and modern mechanics (with particular focus on Galileo and post-Galilean experimental science) to the scientific historiography of the nineteenth and twentieth centuries, particularly in relation to Galilean studies. Recently he has turned his attention to some aspects of the history of technology and applied science in nineteenth- and early-twentieth-century Germany. He is also interested in historical epistemology and experimental history of science in their relationship with museology. Address: Via Gaspare Morardo 3/10-18100 Imperia, Italy; E-mail: [email protected]; [email protected]