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Als das Physikalisch-Chemische Institut im Jahr 1931 gegründet wurde, bedeutete dies die administrative Selbständigkeit für eine Fachrichtung, die an der Universität Zürich bereits über eine gewisse Tradition verfügte. Im Sommersemester 1908 erhielt mit Paul Pfeiffer erstmals ein Dozent einen Lehrauftrag für physikalische und theoretische Chemie. Eine kontinuierliche Forschungsund Lehrtätigkeit in diesem Grenzgebiet zwischen Chemie und Physik, zu dem beispielsweise die Bereiche Thermodynamik, Kinetik und Quantenchemie gehören, begann erst mit der Ernennung Victor Henris zum Ausserordentlichen Professor für physikalische Chemie im Jahr 1920. Henri führte die Spektroskopie ein und verschaffte der Universität auf diesem Gebiet weltweite wissenschaftliche Anerkennung.
Die Spektroskopie beruht auf der Eigenschaft von Atomen und Molekülen, Strahlung auf charakteristische Weise zu absorbieren oder – meist auf äussere Anregung durch elektromagnetische Wellen wie beispielsweise Laserlicht – zu emittieren. Da sich die so genannten Spektren der verschiedenen Atome und Moleküle voneinander unterscheiden, erlaubt ihre Auswertung präzise Rückschlüsse auf die beteiligten Substanzen. Ein wichtiges Einsatzgebiet der Spektroskopie ist denn auch die Analyse, das heisst die Identifizierung chemischer Substanzen in einer Probe.
Nach dem Rücktritt von Victor Henri wurde auf das Wintersemester 1930/31 Hans von Halban zum Ordentlichen Professor für physikalische Chemie gewählt. Mit seiner Berufung erfolgte die Verselbständigung der bisherigen Physikalisch-Chemischen Abteilung des Chemischen Instituts zur eigenständigen Einrichtung. Der Fachbereich entwickelte sich unter von Halban allerdings noch nicht allzu dynamisch. In einem Aufsatz über die Chemie an der Universität Zürich schreibt Conrad Hans Eugster, dass erst der bekannte Thermodynamiker und Kinetiker Klaus Clusius, der 1947 die Institutsleitung übernahm, aus dem «etwas eingeschlafenen Physikalisch-Chemischen Institut» ein aktives Zentrum der Forschung machte. Eine seiner Entwicklungen in Fachkreisen ist bis heute bekannt: das Clusius-Trennrohr, eine Apparatur zur Trennung von Isotopen im gasförmigen Zustand. In einem langen Röhrensystem wandern die Moleküle mit dem leichteren Isotop eines chemischen Elements aufgrund der Thermodiffusion nach oben, während sich die Moleküle mit dem schwereren Isotop am unteren Rohrende konzentrieren.
Mitte der Sechzigerjahre übernahm Heinrich Labhart die Institutsleitung. Er beschäftigte sich mit zahlreichen Gebieten der physikalischen Chemie, unter anderem mit Elektro- und Photochemie. Zudem verlieh er der spektroskopischen Forschung neue Impulse. Verfügte das Institut seit seiner Gründung jeweils nur über eine ordentliche Professur, kamen in den Siebzigerjahren zwei weitere Ordinarien hinzu. Auch in räumlicher Hinsicht expandierte man. Der Umzug von der Rämistrasse auf den Irchel-Campus im Jahr 1978 ging auch mit einer Ausweitung des Platzangebots einher.
Zu grossen personellen Veränderungen kam es zwischen 1998 und 2001, als die drei langjährigen ordentlichen Professoren Georges H. Wagnière, Hanns Fischer und J. Robert Huber altersbedingt zurücktraten. Stefan Seeger, 1999 zum Ordinarius und Institutsleiter berufen, stand vor der schwierigen Aufgabe, in Lehre und Forschung für Kontinuität zu sorgen. Heute beurteilt er den Generationenwechsel am Physikalisch-Chemischen Institut als gelungen. Er selbst steht mit dem Forschungsgebiet Fluoreszenz-Spektroskopie und Einzelmolekültechniken in der Tradition des Instituts, ebenso sein Kollege Peter Hamm, der sich als Extraordinarius mit Femtosekunden-Spektroskopie beschäftigt. Jürg Hutter, der zweite ausserordentliche Professor, arbeitet an der Computersimulation chemischer Vorgänge mit dem Ziel, das Verhalten komplexer Moleküle möglichst präzise vorhersagen zu können.
Für die nächsten Jahrzehnte sieht Seeger zahlreiche Herausforderungen auf die physikalisch-chemische Forschung zukommen. Bereits heute ist man bestrebt, bei Experimenten mit immer geringeren Mengen einer chemischen Substanz auszukommen. Denn erst anhand einzelner Moleküle lassen sich genauere Informationen über deren Struktur ermitteln. Zudem werden die untersuchten chemischen Systeme stets komplexer. Das Interesse der Forschung entwickelt sich zunehmend in Richtung grosser Moleküle wie Proteine oder DNA. Die Werkzeuge für den Umgang mit diesen Systemen sowie einzelnen Molekülen stehen noch kaum zur Verfügung. Im Bereich der Entwicklung spektroskopischer Methoden in Verbindung mit der Nanotechnologie sind daher noch bedeutende Anstrengungen nötig.
Abschliessend sei bemerkt, dass das Physikalisch-Chemische Institut genau genommen früher gegründet wurde als das Organisch-Chemische und das Anorganisch-Chemische Institut. Letztgenannte Einrichtungen sind erst 1959 als selbständige administrative Einheiten aus dem damaligen Chemischen Institut hervorgegangen.
