Das Periodensystem der Elemente

Als der russische Chemiker Dmitri Mendelejew vor 150 Jahren sein Periodensystem der Elemente vorstellte, setzte er einen Meilenstein für die Wissenschaft. Er hatte festgestellt, dass sich alle bekannten chemischen Elemente aufgrund ihrer Eigenschaften in ein bestimmtes Raster einordnen liessen. Dieses System war und ist bis heute eine der wichtigsten Grundlagen für unser Verständnis von der Materie, aus der wir und das ganze Universum bestehen. Das Jahr 2019 wurde deshalb zum Internationalen Jahr des Periodensystems erklärt.

Das Periodensystem der Elemente. Bild: CanStockPhoto

Das Periodensystem der Elemente ist wohl vielen aus dem Chemieunterricht bekannt. Eine Ansammlung von Zahlen und Buchstaben, Abkürzungen und Einheiten … Besonders attraktiv sieht es auf den ersten Blick nicht aus. Doch die Idee, die chemischen Elemente auf diese Weise in einem System darzustellen, ist genial: Dieses System macht es uns nämlich möglich, den Aufbau der Materie zu verstehen – die Bausteine, aus denen unsere Welt besteht, und die Gesetzmässigkeiten, nach denen diese Bausteine sich zusammenfügen oder trennen lassen. Und das ist doch etwas Grossartiges!

Zwei Chemiker, ein cleveres System

Dmitri Mendelejew

Dmitri Mendelejew, einer der geistigen Väter des Periodensystems, auf einer Fotografie von 1897. Bild: Wikimedia Commons

Neben Dmitri Mendelejew arbeitete auch der deutsche Chemiker Lothar Meyer etwa um dieselbe Zeit an ähnlichen Tabellen zur Einordnung der chemischen Elemente. Die beiden Chemiker hatten erkannt, dass sie die Elemente nach ihrem „Gewicht“ (eigentlich ihrer „Ordnungszahl“) sortieren konnten und sich dann gewisse Eigenheiten periodisch wiederholten. Die chemischen Elemente, geordnet vom leichtesten (Wasserstoff) bis zum schwersten, lassen sich also zeilenweise in ein Raster eintragen. Die Zeilen nennt man „Perioden“. Sie sind unterschiedlich lang: Die erste Periode besteht nur aus Wasserstoff (H) und Helium (He), die zweite enthält bereits acht Elemente. Sie endet mit Neon (Ne), das ähnliche Eigenschaften zeigt wie Helium und direkt unter diesem notiert wird: Neon und Helium sind die ersten zwei Elemente in der senkrechten Spalte (oder „Gruppe“) der sogenannten Edelgase. So werden nacheinander alle weiteren Elemente im System eingeordnet.

Eine Theorie sagt Unbekanntes voraus

Zur Zeit von Mendelejew und Meyer konnte man zwar die Masse von Atomen ungefähr bestimmen, doch ihr Aufbau aus Protonen, Neutronen und Elektronen war noch nicht bekannt. Die chemischen Eigenschaften der Elemente konnten also nur beschrieben, aber nicht erklärt werden. Auch waren noch nicht alle natürlich vorkommenden Elemente isoliert und entdeckt worden. Interessant am Periodensystem war also, dass es gewisse Lücken aufwies – leere Stellen, die man einsetzen musste, um die Logik der Perioden zu bewahren. Mendelejew erwartete zu Recht, dass es Elemente geben musste, welche entsprechende Eigenschaften aufwiesen und diese Lücken füllen würden. So sagte er wenige Jahre vor ihrer Entdeckung die Existenz der Elemente Gallium (Ga), Scandium (Sc) und Germanium (Ge) voraus. Noch heute ist das Periodensystem ein einzigartiges, bildliches Hilfsmittel in den Naturwissenschaften, aus dem sich zahlreiche Informationen ableiten lassen: zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit einer chemischen Reaktion zwischen zwei Elementen oder das Produkt eines radioaktiven Zerfalls.

Alle Elemente mit einer Ordnungszahl grösser als 82 sind nämlich radioaktiv, also instabil. Elemente mit Ordnungszahlen grösser als 94 kommen auf der Erde nicht natürlich vor; man kann sie jedoch künstlich herstellen, und so besteht das Periodensystem heute aus sieben vollständigen Perioden mit insgesamt 118 Elementen. Die schweren, nicht natürlich vorkommenden Elemente zerfallen jedoch sofort nach ihrer Herstellung wieder.

Hier findest du das Periodensystem der Elemente zum Download (mit einem kniffligen Quiz zu chemischen Verbindungen auf der zweiten Seite).

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