Warum explodiert ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff unter bestimmten Bedingungen schlagartig, während es unter anderen friedlich bleibt? Wie schnell zerfällt ein Molekül, und wovon hängt das ab? Solchen Fragen widmete sich der britische Chemiker Sir Cyril Norman Hinshelwood. Er gehörte zu den Begründern der modernen Reaktionskinetik, also der Lehre davon, wie schnell chemische Reaktionen ablaufen und über welche Zwischenschritte. 1956 erhielt er gemeinsam mit dem sowjetischen Forscher Nikolay Semenov den Nobelpreis für Chemie, „für ihre Untersuchungen über den Mechanismus chemischer Reaktionen“.
Geburtsdatum und Herkunft
Cyril Hinshelwood wurde am 19. Juni 1897 in London geboren; dieses Datum nennt auch die Nobelstiftung. In manchen Aufstellungen findet sich der 19. Mai, der jedoch als weniger gut belegt gilt. Sein Vater Norman Macmillan Hinshelwood war Wirtschaftsprüfer. Die Familie lebte einige Jahre in Kanada, kehrte aber nach London zurück. Der Vater starb früh, und Cyril wuchs anschließend allein mit seiner Mutter in bescheidenen Verhältnissen in Chelsea auf. Mit ihr lebte er bis zu ihrem Tod zusammen; er selbst blieb unverheiratet.
Er besuchte die Westminster City School und erhielt 1916 ein Stipendium für das Balliol College in Oxford. Bevor er das Studium antreten konnte, arbeitete er während des Ersten Weltkriegs als Chemiker in einer Sprengstofffabrik in Queensferry bei Chester. Dort beschäftigte er sich mit der langsamen Zersetzung von Sprengstoffen, ein Thema, das bereits auf sein späteres Interesse an Reaktionsgeschwindigkeiten hinwies.
Eine Laufbahn in Oxford
Nach Kriegsende nahm Hinshelwood das Studium in Oxford auf und schloss es in verkürzter Zeit ab. Schon 1920 wurde er Fellow des Balliol College, ein Jahr später des Trinity College, wo er über zwei Jahrzehnte lehrte und forschte. 1937 wurde er Dr. Lee’s Professor of Chemistry in Oxford, eine der angesehensten Professuren der Universität, die er bis 1964 innehatte. Oxford blieb damit nahezu sein ganzes Berufsleben lang seine Heimat.
Die Bedingungen waren zunächst einfach. Hinshelwood arbeitete mit wenigen Mitarbeitern und vergleichsweise schlichten Apparaturen. Seine Stärke lag in klug geplanten Experimenten und in der Fähigkeit, aus Messdaten allgemeine Gesetzmäßigkeiten abzuleiten.
Was Reaktionskinetik untersucht
Viele chemische Gleichungen beschreiben nur Ausgangsstoffe und Endprodukte. Sie sagen nichts darüber, wie schnell eine Reaktion verläuft oder welche Zwischenschritte dazwischenliegen. Die Reaktionskinetik schließt diese Lücke. Sie misst, wie sich die Mengen der beteiligten Stoffe mit der Zeit ändern, und versucht daraus abzuleiten, welche Teilchen zusammenstoßen müssen, damit etwas geschieht. Das ist nicht nur von theoretischem Interesse: Wer den Mechanismus einer Reaktion kennt, kann sie gezielt beschleunigen, verlangsamen oder in eine gewünschte Richtung lenken.
Zerfall von Molekülen
In den 1920er Jahren untersuchte Hinshelwood Reaktionen in der Gasphase, etwa den Zerfall von Stoffen wie Distickstoffmonoxid oder organischen Verbindungen bei hohen Temperaturen. Ein Rätsel dieser Zeit betraf die sogenannten unimolekularen Reaktionen: Ein einzelnes Molekül zerfällt, ohne mit einem anderen zu reagieren. Doch woher bekommt es die nötige Energie? Der britische Physiker Frederick Lindemann hatte vorgeschlagen, dass Moleküle durch Zusammenstöße zunächst angeregt werden und erst nach einer gewissen Verzögerung zerfallen.
Hinshelwood verfeinerte diese Vorstellung entscheidend. Er erkannte, dass sich die Energie eines Stoßes auf viele Schwingungen innerhalb eines Moleküls verteilen kann und dass größere Moleküle deshalb mehr Energie speichern können, bis sie sich an der schwächsten Stelle konzentriert. Diese Erweiterung, oft als Lindemann-Hinshelwood-Mechanismus bezeichnet, erklärte die beobachteten Reaktionsgeschwindigkeiten deutlich besser und wurde zur Grundlage späterer Theorien.
Kettenreaktionen und Explosionen
Besonders bekannt wurde Hinshelwood durch seine Untersuchungen der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff, also der Bildung von Wasser. Dieses Gemisch, das als Knallgas bekannt ist, verhält sich auf den ersten Blick widersprüchlich. Je nach Druck und Temperatur reagiert es kaum, langsam oder explosionsartig. Hinshelwood und seine Mitarbeiter maßen diese Bereiche sorgfältig und beschrieben sogenannte Explosionsgrenzen.
Die Erklärung liefern Kettenreaktionen. Dabei entstehen hochreaktive Teilchen, sogenannte Radikale, die mit weiteren Molekülen reagieren und dabei neue Radikale erzeugen. Verzweigt sich die Kette, entsteht in jedem Schritt mehr als ein neues Radikal, und die Reaktion beschleunigt sich lawinenartig: Es kommt zur Explosion. Gehen Radikale dagegen an den Gefäßwänden oder durch Stöße verloren, bricht die Kette ab. Semenov in Leningrad hatte unabhängig davon ähnliche Vorstellungen entwickelt. Beide Forscher zusammen schufen so ein Verständnis von Verbrennungen und Explosionen, das bis heute in Lehrbüchern steht.
Dieses Wissen ist von großer praktischer Bedeutung, etwa für die Sicherheit in Bergwerken und Chemieanlagen, für Motoren und für die Erforschung der Verbrennung in Kraftwerken.
Bemerkenswert ist, dass Hinshelwood und Semenov ihre Arbeiten in einer Zeit politischer Spannungen zwischen Ost und West weitgehend getrennt voneinander entwickelten und sich dennoch gegenseitig ergänzten. Der gemeinsame Nobelpreis von 1956 würdigte damit auch die Tatsache, dass zwei Forscher in unterschiedlichen Systemen auf vergleichbare Weise zu einem neuen Verständnis chemischer Reaktionen gelangt waren.
Reaktionen an Oberflächen
Hinshelwood befasste sich auch mit Reaktionen, die an festen Oberflächen ablaufen, also mit der heterogenen Katalyse. Viele großtechnische Verfahren beruhen darauf, dass Gase an Metallen oder Metalloxiden schneller reagieren. Auf Arbeiten von Irving Langmuir aufbauend, entwickelte er Modelle, die beschreiben, wie die Geschwindigkeit solcher Reaktionen davon abhängt, wie viele Moleküle auf der Oberfläche haften. Der Ansatz ist als Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus bekannt und wird bis heute zur Beschreibung von Katalysatoren verwendet, etwa im Autokatalysator.
Chemie lebender Zellen
Ab den 1930er Jahren wandte sich Hinshelwood zunehmend den Bakterien zu. Er betrachtete das Wachstum einer Bakterienkultur als ein System gekoppelter chemischer Reaktionen und versuchte, es mit den Methoden der Kinetik zu beschreiben. Besonders interessierte ihn, wie Bakterien sich an neue Nährstoffe oder an Medikamente anpassen. Seine Deutung, dass diese Anpassung vor allem auf Veränderungen im Stoffwechsel beruht, stand teilweise im Gegensatz zur aufkommenden Genetik, die Mutationen als Hauptursache sah. In dieser Frage setzte sich später weitgehend die genetische Sicht durch. Dennoch gilt sein Versuch, Biologie mit physikalisch-chemischen Begriffen zu fassen, als früher Beitrag zu einer quantitativen Biologie.
Ehrungen und vielseitige Interessen
Hinshelwood war von 1955 bis 1960 Präsident der Royal Society und damit einer der führenden Vertreter der britischen Wissenschaft. 1948 wurde er zum Ritter geschlagen, 1960 wurde ihm der Order of Merit verliehen. Er erhielt unter anderem die Copley-Medaille der Royal Society.
Außerhalb der Chemie war er außerordentlich vielseitig. Er sprach mehrere Sprachen, beschäftigte sich mit klassischer Literatur und malte mit Leidenschaft Ölbilder. Er war zudem Präsident der Classical Association, einer Vereinigung zur Pflege der Altertumswissenschaften, was für einen Naturwissenschaftler ungewöhnlich war. Seine Lehrbücher, darunter ein frühes Standardwerk über die Kinetik chemischer Veränderungen in Gasen, prägten Generationen von Studierenden.
Tod und Vermächtnis
Sir Cyril Hinshelwood starb am 9. Oktober 1967 in London im Alter von 70 Jahren. Sein Werk lebt in den Grundbegriffen fort, mit denen Chemiker heute über Reaktionen sprechen: Aktivierung durch Stöße, Kettenverzweigung, Explosionsgrenzen und Oberflächenkatalyse. Die Mechanismen, die seinen Namen tragen, gehören zum Standardstoff der physikalischen Chemie. Wer verstehen möchte, warum ein Feuer sich ausbreitet oder ein Katalysator Abgase reinigt, stößt früher oder später auf seine Arbeiten.
Stand: 29.10.2026