LUXEMBURG/MELBOURNE
KIM GREIS

Zum „Internationalen Jahr des Periodensystems“ ein Blick auf Geschichte und Aktualität vom Luxemburgischen Chemiestudenten Kim Greis

Der Luxemburger Kim Greis ist Chemie-Student und schreibt als freier Mitarbeiter für das „Journal“. Zurzeit hält er sich in Australien auf. Von dort hat er uns berichtet, wie das Periodensystem zustande kam und welche praktischen Auswirkungen es heute noch hat:

„1869 legte Dmitri Mendelejew den Grundstein für das Periodensystem der Elemente, wie wir es heute kennen und wie man es heute in vielen Schulbüchern sieht. Für mich als Chemiker (B. Sc.) ist es natürlich ein ganz besonderes Ereignis, den 150. Geburtstag des Periodensystems zu feiern. Doch schon bevor Mendelejew das Periodensystem entdeckte, wurden Versuche unternommen, die bis dato bekannten Elemente in ein System einzuordnen, dies war zu Zeiten in denen das Konzept des Atoms noch sehr diffus und nicht anerkannt war ein eher schwierigeres Unterfangen.

Bereits vierzig Jahre zuvor begann Johann Wolfgang Döbereiner, die bekannten Elemente nach ihren Eigenschaften in so genannten Triaden einzuordnen. So ordnete er akkurat die Elemente Lithium, Natrium und Kalium sowie Chlor, Brom und Iod jeweils einer Triade zu. Heute wissen wir, dass die Triaden eigentlich Gruppen heißen und aus mehr als drei Elementen bestehen. Dennoch haben diese Erkenntnis sowie die von John A. R. Newlands, dass sich die chemischen Eigenschaften von Elementen an jeder achten Position wiederholen - man spricht hier von so genannte Oktaven - Mendelejew wohl maßgeblich bei der Konzeption des ersten Periodensystems beeinflusst.

Das Puzzle zusammenfügen

So war es Mendelejew möglich, die Elemente in eine Art Form einzubringen, die dem Periodensystem von heute sehr gleicht. Dabei benutzte er wie seine beiden Vorgänger sowohl die Atommasse als auch die Eigenschaften der einzelnen Elemente zur Klassifizierung. Richtigerweise hat er mehr Wert auf die Eigenschaften gelegt, da die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem nicht strikt nach steigender Atommasse erfolgt. Dies liegt an verschiedenen Isotopen von Elementen mit unterschiedlicher relativer Abundanz.

Mendelejews Verständnis über die Elemente war bereits so fortgeschritten, dass er nicht nur die bekannten Elemente in der richtigen Reihenfolge anordnete, sondern auch Lücken erkannte und die Existenz von weiteren Elementen vorhersagte. Jene Elemente sind heute fester Bestandteil des Periodensystems und unter den Namen Scandium, Germanium und Gallium bekannt. Weiterhin sollte man auch den deutschen Chemiker Lothar Meyer in diesem Kontext erwähnen und ehren, da dieser nur wenige Monate später und unabhängig von Mendelejew das Periodensystem ebenfalls entdeckte.

Die Geschichte endete allerdings nicht mit Mendelejew, sondern wurde weitergeschrieben bis heute. Durch die Entdeckung und Erzeugung weiterer Elemente konnte das Periodensystem bis zum Element mit der Nummer 118 namens Oganesson aufgefüllt werden. Doch die Errungenschaft liegt nicht nur im bloßen Auffüllen des Periodensystems, sondern vor allem auch am Verständnis darin, wieso die von Mendelejew vorgeschlagene Struktur Sinn ergibt, sprich, weshalb die Elemente so angeordnet sind. Ein entscheidender Beitrag wurde 1913 vom im Ersten Weltkrieg gefallenen Henry Moseley geliefert, der erkannte, dass die Reihenfolge nicht mit der Atommasse, sondern vielmehr durch die Ordnungszahl der jeweiligen Elemente bestimmt wird. Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen im Atomkern und ist für jedes Element anders. Die Atommasse setzt sich letztlich zum größten Teil aus der Summe der Protonen und Neutronen in einem Atomkern zusammen.

Durch die Konzeption weiterer Atommodelle konnte man Rückschlüsse darauf ziehen, weshalb sich die Eigenschaften mancher Elemente derart gleichen und heute weiß man, dass nahezu die gesamte Chemie der Elemente von den äußeren ungepaarten Elektronen eines Elementes bestimmt wird. Die konstante Weiterentwicklung des Periodensystems führte dazu, dass es zu einem sehr wichtigen Werkzeug geworden ist, aus dem man enorm viele Informationen herauslesen kann, je nach Umfang der vorliegenden Periodentafel.

Doch wo stehen wir heute und wo steuern wir hin? Ist das Periodensystem vollständig oder kann es noch erweitert werden? Erst 2016 wurde die bislang letzte Reihe des Periodensystems vervollständigt. Dazu muss man allerdings auch sagen, dass etwa die letzten 20 Elemente im Periodensystem nicht natürlich existieren, sondern im Labor durch aufwendige Experimente erzeugt wurden. Sie haben eine sehr kurze Halbwertszeit und daher auch keine praktische Anwendung. Ich erachte es als durchaus möglich, dass noch weitere Elemente auf diese Weise gefunden werden können, allerdings wird es immer schwieriger werden, sie zu finden. Ein Ende ist also noch nicht in Sicht, solange es Forscher gibt, die sich der ‚Entdeckung‘ neuer Elemente widmen.

Heutzutage ist das Periodensystem nicht mehr aus dem Chemieunterricht wegzudenken, sei es in der Schule oder in der Uni. Es ist ein Werkzeug, das voller Informat-ionen steckt, die den Alltag des Chemikers enorm erleichtern und das Verständnis für die chemischen Elemente und deren Eigenschaften erst schaffen. Andere, alternative Systeme, die es auch gibt, werden im Studium nicht gelehrt. Die gängigste Variante des Periodensystems beinhaltet neben den Elementen auch deren Atommasse, anhand derer man molekulare Massen berechnen kann. Diese finden beispielsweise in jeder chemischen Synthese Anwendung, sodass der gemeine Chemiker nicht drum herum kommt, ab und zu einen Blick ins Periodensystem zu werfen, sofern er die relevanten Atommassen nicht alle auswendig kennt. Wenn man keine Synthese macht, wie ich, dann braucht man es nicht so oft, trotzdem muss man es hin oder wieder nutzen. Außerdem kennt man die wichtigsten Teile sowieso auswendig, wenn man sich genug damit im Chemiestudium auseinander gesetzt hat. Allerdings wird nicht mehr gefordert, es auswendig zu können, wie es früher wohl der Fall war, wenn man den Erzählungen von manchen Professoren aus ihren Studienzeiten Glauben schenken darf!“