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StartseiteWissenschaft im BrennpunktWasserstoff in alternativen Periodensystemen03.03.2019

Darstellung von ElementenWasserstoff in alternativen Periodensystemen

Das Periodensystem der Elemente, so wie wir es kennen, ist schon seit einiger Zeit etabliert. Doch es gibt auch etliche alternative Darstellungen. In einigen steht Wasserstoff in der Mitte ganz oben: Ob er, so wie gewohnt, in der ersten Hauptgruppe überhaupt richtig steht, wird derzeit diskutiert.

Von Volker Mrasek

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Der Tankdeckel eines wasserstoffbetriebenen Autos.  (imago / Florian Schuh)
Alternative Darstellungsformen des Periodensystems sind teilweise schwer zu verstehen, da wir an das gängige Modell gewöhnt sind (imago / Florian Schuh)
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In der Tat gibt es das Periodensystem nicht nur als flaches Diagramm in Büchern oder auf Wandtafeln. Dieses hier steht auf dem Schreibtisch von Gisela Boeck an der Universität Rostock und ist dreidimensional:

 "Welche Form? Das ist gar nicht so einfach zu beschreiben."

Wie eine winzige Litfasssäule, vollgekleistert mit chemischen Symbolen, könnte man vielleicht sagen, Und an diesem Zylinder kleben zwei längere Schlaufen:

"Schon 1862 hat ein Geologe versucht, Elemente anzuordnen in Abhängigkeit von ihrer Atommasse, und zwar auf einem Zylinder. Und an diesen Zylinder haben wir jetzt einfach nochmal Schleifen angebaut. Diese Schleifen beschreiben einmal die sogenannten Nebengruppenelemente"

Dazu gehören viele bekannte Metalle wie Eisen, Kupfer, Gold und Silber:

"Und die andere Schleife beschreibt die Lanthanoide und die Actinoide"

Also die Seltenerdmetalle und die radioaktiven Elemente von Actinium bis Lawrencium. Sie alle unterscheiden sich von den Hauptgruppen-Elementen durch andere Prinzipien bei der Besetzung ihrer Elektronenschalen.

Alternative Modelle finden kaum Beachtung

In Gisela Boecks 3D-Modell sitzen die Abweichler daher auf den gesonderten Schleifen. So wird die Abgrenzung zu den Hauptgruppen deutlicher als in den gewohnten Darstellungen des Periodensystems, wo alle Elemente eine einzige kompakte Tabelle formen:

"Es gibt blumenförmige Gebilde. Es gibt Gebilde, die einen an einen Maya-Kalender erinnern. Es gibt so viele verschiedene Varianten. Wobei es den meisten aber schwerfallen wird, die wirklich zu verstehen, weil wir uns an die zweidimensionale Darstellung gewöhnt haben."

Alternative Modelle des Periodensystems gab und gibt es also, finden aber kaum Beachtung. Doch was ist mit alternativen Anordnungen der Elemente? Sind wirklich alle am richtigen Platz?
Gisela Boeck erinnert an dieser Stelle gerne an die Feuerzangenbowle, den berühmten Film mit Heinz Rühmann aus dem Jahr 1944:

"Heute in der Chemie zum Beispiel, da komme ich an die alkoholische Gärung."

Es gebe da die berühmte Szene im Klassenzimmer:

"Und da bringe ich jedes Jahr eine Liter-Flasche Heidelbeerwein mit in den Chemie-Unterricht."

"Wenn man 'mal ganz aufmerksam die Szene anschaut, dann sieht man hinten im Klassenraum tatsächlich auch eine Darstellung des Periodensystems, die völlig anders ist als die heute bekannte."

"Die alkoholische Gärung oder die Gärung des Alkohols erzeugt Alkohol durch die sogenannte alkoholische Gärung."

Anordnung von Wasserstoff wird gegenwärtig diskutiert

"Das Interessante ist eigentlich, dass der Wasserstoff dort in der Mitte des Systems angeordnet ist. Wasserstoff thront über allem, und das ist auch tatsächlich eine der Diskussionen, die man heute immer wieder findet: Ist der Wasserstoff eigentlich richtig angeordnet?"

Ein Proton im Kern, umkreist von einem einzigen Elektron. Damit steht Wasserstoff klassischerweise ganz links oben im Periodensystem, als leichtestes Element der 1. Hauptgruppe:

"Es stimmt! Ein Außenelektron. Er gehört da hin! Aber ansonsten stehen dort Alkalimetalle. Ist Wasserstoff ein Alkalimetall? Ist das so reaktiv wie Natrium? Nein! Ich glaube, dass ist auch eines der Probleme, auf die man immer wieder kommt, wenn man vor dem Setzkasten Periodensystem steht: Was tu' ich da eigentlich 'rein? Tue ich da Stoffe rein, oder tu' ich Atome rein?"

Im Fall von Wasserstoff kann man sagen: Atomar gesehen steht er richtig, stofflich aber am falschen Platz. Denn in Natur kommt das Gas gar nicht als Atom vor, sondern nur als Molekül - mit der Formel H2 und zwei gebundenen Außenelektronen. Deshalb ist Wasserstoff nicht so reaktiv wie die Alkalimetalle in derselben Hauptgruppe:

"Das ist der Grund dafür, dass man viele Periodensysteme findet, bei denen eben der Wasserstoff in der Mitte über allem steht. Wir können in unseren Hörsaal gehen, und dann sehen Sie das!"

Oder noch 'mal einen Blick in die Feuerzangenbowle werfen. Diesmal stärker mit den Augen des Chemikers und dem Bewusstsein, dass es das eine definitive Periodensystem vielleicht gar nicht gibt:

"Pfeiffer, Sie faseln. Setzen Sie sich!"

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