Artikkel

Odd Hassel: Bygde sitt eget apparat og fikk nobelprisen

Kari Kveseth med apparatet som Odd Hassel brukte til å avsløre sykloheksans romlige struktur tidlig på 1940-tallet, en bragd som gjorde at han fikk Nobelprisen i 1969. Foto: Bjarne Røsjø, UiO Bruk bildet.

Odd Hassel: Bygde sitt eget apparat og fikk nobelprisen

Odd Hassels store bragd, som gjorde at han fikk nobelprisen i kjemi i 1969, var at han avslørte det lille sykloheksan-molekylets romlige struktur: Det ser som regel ut som en bitteliten solstol. Men veien fram dit var lang, kronglete og visjonær.
BastiansenSeipAlmenningen
Otto Bastiansen, Ragnhild Seip og Arne Almenningen ser på instituttets egenproduserte elektrondiffraksjonsapparat. Foto: Museum for universitets- og vitenskapshistorie.  Bruk bildet

Kjemien som fag oppsto ikke før på slutten av 1700-tallet, og utover på 1800-tallet økte antallet kjente grunnstoffer raskt. Kjemikerne fant også etterhvert ut hvordan ulike atomer kunne gå sammen og danne molekyler. Men hvordan disse molekylene så ut i tre dimensjoner, var uvisst helt fram til tidlig på 1900-tallet. Da fikk kjemikerne tilgang til flere nye teknikker, som røntgenkrystallografi, elektrondiffraksjon og spektroskopi.

Den eneste "helnorske" nobelprisvinneren innen de klassiske naturvitenskapene, Odd Hassel (1897-1981), studerte først røntgenkrystallografi. Men under arbeidet med en doktorgrad i Tyskland fra 1902 til 1925, ble han etterhvert mer interessert i elektrondiffraksjon.

– Hassel ble faktisk så interessert at han kjøpte et elektrondiffraksjonsapparat for sine egne penger og tok det med hjem til Norge! Men det apparatet virket aldri, fordi teknikken bygger på vakuum og apparatet var utett som bare det. Dermed fant Hassel og gode hjelpere ved universitetet vårt ut at de måtte bygge sitt eget apparat, forteller seniorekspert Kari Kveseth ved Kjemisk institutt.

Kari Kveseth er engasjert av Kjemisk institutt for å markere det kommende 50-årsjubileet for Odd Hassels nobelpris i 1969 og 100-årsjubileet i 2018 for Otto Bastiansens fødsel. Bastiansen var Hassels nære samarbeidspartner og bidro til å bygge opp et senter for fremragende forskning ved Universitetet i Oslo.

Enkel teori, komplisert teknikk

Odd Hassel satset på en teknikk som kalles gasselektrondiffraksjon (GED), og som bygger på en relativt enkel teori. Man tager en mengde av det molekylet som skal studeres og varmer det opp til det når gassfasen. Deretter blir gassen pumpet inn i et vakuumrør, hvor den blir «beskutt» med en elektronstråle som passerer gjennom gassen og treffer en fotografisk plate som blir svertet der et elektron treffer.

KariKveseth 1
Kari Kveseth viser fram en fotografisk plate som ble brukt til å utlede strukturen av molekylet 2-cyanoacetamid. Foto: Bjarne Røsjø, UiO

Noen av elektronene går tvers gjennom gassen, andre treffer kanskje et molekyl og blir absorbert, mens atter andre skifter retning fordi de «sneier» et molekyl. Resultatet er uansett at det dannes et karakteristisk mønster der elektronene sverter den fotografiske platen, og dette mønsteret kan brukes til å beregne strukturen på molekylene i skyen.

Odd Hassel hadde altså kjøpt et GED-apparat som ikke virket, og dermed engasjerte han fysikeren Christen Finbak til å bygge et nytt GED-apparat.

– Det var et lykketreff, for Finbak hadde en usedvanlig evne til å utforme avanserte tekniske løsninger. Sammen med verkstedet på Kjemisk institutt konstruerte de to nordmennene et av datidens mest kompliserte instrumenter, forteller Kveseth.

Teknikken ble revolusjonert

Den opprinnelige GED-teknikken hadde nemlig en svakhet: De fotografiske platene ble som regel truffet av veldig mange elektroner, slik at de ble «overeksponert», og derfor var det vanskelig å se hvor de enkelte elektronene hadde truffet.

Finbak løste dette ved å montere en roterende plate som skjermet de innerste delene av elektronstrålen før den traff den fotografiske platen. Dermed fikk forskerne tak i mye mer informasjon fra hver enkelt undersøkelse.

– Men det var fortsatt ganske krevende å regne seg tilbake til den tredimensjonale strukturen som måtte ha gitt opphav til det karakteriske mønsteret av sverting på den fotografiske platen. Da jeg begynte med hovedfag på slutten av 1960-tallet, var det jo ingen som hadde tilgang til moderne datamaskiner og kalkulatorer. Hovedfagsstudentene som jobbet med elektrondiffraksjon og røntgenkrystallografi satt isteden og sveivet på sånne gamle maskiner som kunne utføre det som kalles Fourier-transformasjoner. De satt i noen bokser i Fysikkbygget og sveivet halve dagen den ene veien, og halve dagen den andre veien – og hvis de gikk surr i hvor mange ganger de hadde sveivet, måtte de begynne på nytt igjen, forteller Kveseth.

Uansett: Hassels og Finbaks sektormetode revolusjonerte GED-teknikken, men det skulle ta ti år med internasjonale faglige diskusjoner før metoden ble godtatt. Og så kom den store nyheten: Odd Hassel avslørte at sykloheksan ikke var et flatt molekyl – som de fleste andre hadde trodd – men isteden et solstolformet molekyl som også kunne danne flere såkalte konforme strukturer.

Publiserte på norsk, internert av tyskerne

– Sykloheksan-molekylet kan nemlig «vippe» mellom to ulike strukturer, som er speilbilder av hverandre. Molekylet kan også vippe slik at det ser ut som en liten båt, men stol-molekylene er de mest stabile, forteller Kveseth.

Hvis Odd Hassel hadde tenkt på en internasjonal karriere, burde han publisert dette funnet i et tysk vitenskapelig tidsskrift. Men året var blitt 1943, Norge var okkupert, og Hassel var ihuga antinazist. Derfor publiserte han isteden artikkelen på norsk i Tidsskrift for kjemi, bergvesen og metallurgi, før han han ble arrestert av den tyske okkupasjonsmakten og internert på Grini fangeleir i Bærum. Der brukte han tiden til å forelese for medfanger og rekruttere nye kjemistudenter, fortelles det.

cyclohexane-chair-2d-stereo-skeletal
Det lille sykloheksan-molekylet ser ut som en liten solstol, som kan vippe mellom å ha «ryggen» til venstre eller høyre. Illustrasjon: Wikimedia Commons

Odd Hassel vendte tilbake til universitetet etter at krigen tok slutt, og i 1945 kom Otto Bastiansen inn i Hassels forskergruppe. Bastiansen ble straks en viktig støttespiller, som fra 1962 ledet gruppen for elektrondiffraksjon ved instituttet. Også fysikeren Arne Almenningen (1921-2007) bør nevnes: Han ble ansatt i 1948 for å videreutvikle GED-teknikken sammen med Hassel og Finbak. Almenningen hadde driftsansvaret for GED-apparatet helt til han sluttet ved UiO i 1991. Basert på strategiske avveininger besluttet Kjemisk instituttet i 2009 at diffraksjonsgruppen skulle avvikles ved naturlig avgang.

– Jeg synes det er trist at det miljøet er blitt helt borte, for disse forskerne ga universitetet en storhetstid som vi kan være stolte av. Men samtidig er det jo slik at diffraksjonsteknikken ikke er så viktig lenger, blant annet fordi kjemikerne er blitt veldig flinke til å beregne molekylstrukturer ved hjelp av kvantekjemiske metoder (teoretiske studier). Men vi trenger jo fortsatt praktiske metoder for å sjekke at det teoretikerne har kommet fram til, er rett. Moderne metoder innen spektroskopi samt et fåtall eksisterende elektrondiffraksjons-laboratorier internasjonalt vil fortsatt spille en viktig rolle innen strukturkjemien, mener Kveseth.

.

Kontakt:

Seniorekspert Kari Kveseth, Kjemisk institutt

Instituttleder Jo Døhl, Kjemisk institutt

Mer informasjon om Odd Hassel og elektrondiffraksjon:

I dette NRK-intervjuet møter vi Odd Hassel like etter kunngjøringen av Nobelprisen, og han forklarer og demonstrerer noen av sine teorier.

Trine Nickelsen: Nobelprisvinner bygde selv opp forskningsmiljøet han trengte. Apollon, 1. februar 2012

Odd Hassel, Nobelprisen i kjemi i 1969

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også