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StartseiteForschung aktuellOrdnung im Reich der chemischen Elemente06.03.2019

150 Jahre PeriodensystemOrdnung im Reich der chemischen Elemente

Am 6. März 1869 präsentierte der Russe Dimitri Mendelejew die Urfassung des Periondensystems der Elemente. Ein Raster aus sieben Zeilen und 18 Spalten, in dessen Kästchen alles enthalten ist, was nötig ist, um sich den gesamten Kosmos der Chemie zu erschließen.

Von Volker Mrasek

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Die Illustration zeigt eine Montage von wissenschaftlicher Ausrüstung, Experimenten und Symbolen der Chemie. (imago / Ikon Images / Dan Sipple)
Das Periodensystem wird 150 Jahre alt. (imago / Ikon Images / Dan Sipple)
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63 Elemente! So viele seien damals bekannt gewesen in der Geburtsstunde des Periodensystems, sagt Gisela Boeck, Chemie-Dozentin an der Universität Rostock.
 
"Heute sind wir bei 118. Da fehlt also noch so Einiges."

Aber, so die Vize-Vorsitzende der Fachgruppe für Geschichte der Chemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker:
 
"Die Zeit war reif für solche Klassifizierungen von Elementen. Es waren dann auch genug Elemente bekannt, um überhaupt so eine Klassifikation vorzunehmen. Schon 1862 hat ein Geologe versucht, Elemente anzuordnen in Abhängigkeit von ihrer Atommasse, und zwar auf einem Zylinder." 

Mendelejew brachte Ordnung in die Welt der Elemente

Alexandre Béguyer de Chancourtois - so hieß der Franzose. Bei ihm waren die Elemente wie die Windung einer Schraube um den Zylinder gewickelt, solche mit ähnlichen chemischen Eigenschaften standen übereinander. Fast schon ein Periodensystem! Doch noch sehr lückenhaft und zum Teil falsch, wie Gisela Boeck sagt. Auch habe Chancourtois gar nicht so sehr auf die sogenannte Periodizität abgehoben, die ganz ähnlichen stofflichen Eigenschaften von Elementen derselben Gruppen trotz unterschiedlicher Atommassen:
 
"Diesen Gedanken der Periodizität, den hat tatsächlich Mendelejew in die Literatur eingeführt. Das finden wir ganz deutlich 1869 in seiner Publikation in der Zeitschrift der Russischen Chemischen Gesellschaft."

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew. Seit 1867 Professor für Chemie an der Universität St. Petersburg. Das Konterfei, das man von ihm kennt, zeigt ihn als alten Mann mit ergrautem Bart. Doch als er sein Periodensystem veröffentlichte, war Mendelejew gerade 'mal 34 Jahre alt. Damals schrieb er an einem Lehrbuch der Chemie. Das brachte ihn offenbar dazu, genauer über die Systematik der Elemente nachzudenken. 

Protonen und Elektronen, die atomaren Kernbausteine, kannte man zu dieser Zeit freilich noch nicht. Entsprechende Analysemethoden wurden erst später entwickelt. Allerdings ließ sich das Gewicht von Atomen bereits aus chemischen Reaktionen ableiten:
 
"Zu der Zeit war es die Atommasse, nach der die Elemente klassifiziert wurden. Und das Tolle ist, dass das ja auch fast perfekt mit der heutigen Anordnung übereinstimmt, die auf der Protonenanzahl, der Kernladungszahl, basiert, die eine gewisse Relation zu den relativen Atommassen hat."

Vater des Periodensystems mit Mut zur Lücke

Mendelejews Tabelle enthielt bereits die heute vertrauten senkrechten Gruppen und waagerechten Perioden - aber auch einige leere Plätze, etwa unterhalb von Aluminium, Silizium und Bor. Der russische Chemiker prophezeite daher den Fund weiterer Elemente:
 
"Und die Elemente, die vorausgesagt worden sind, die sind dann auch tatsächlich noch zu Lebzeiten von Mendelejew entdeckt worden als Gallium, Scandium und Germanium. Und das war natürlich ein ungeheurer Siegeszug für das Periodensystem. Und zunehmend ist Mendelejew auch zu einer gewissen Ikone geworden. Und diese Ikone hat bis heute überlebt."

So manches an Mendelejews Ur-Periodensystem musste allerdings später nachgebessert werden. Die Edelgase waren damals noch gar nicht bekannt, wie Gisela Boeck sagt. Das änderte sich erst durch Helium:
 
"Die Entdeckung des Heliums hat dann Mendelejew ganz große Bauchschmerzen bereitet, wo er dann immer wieder sagt: Das kann mit Helium so nicht sein, das passt nicht in sein Periodensystem." 

Der Platz von Wasserstoff ist umstritten

Heute haben Chemiker höchstens noch Bauchschmerzen mit Wasserstoff. Er steht traditionell ganz links oben im Periodensystem und zählt damit zur selben Hauptgruppe wie Natrium und Kalium. Ein reaktionsträges Gas unter lauter Alkalimetallen - in punkto Stoffeigenschaften passt das definitiv nicht zusammen! Und so gibt es auch Versionen des Periodensystems, in denen Wasserstoff zentral über allen anderen Elementen thront.

Doch trotz dieser kleinen Unstimmigkeit: Bis heute ist das Periodensystem die wichtigste Orientierungshilfe für jeden Chemiker, der wissen will, wie Elemente ticken. Wie sie aufgebaut sind, und wie sie potenziell reagieren:

"Das Periodensystem ist wunderbar zu erklären durch den Atombau. Und der Atombau hat natürlich wieder etwas mit den chemischen Eigenschaften zu tun. Da sind ganz viele Zusammenhänge da."                             

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