Antonsusi, Public domain, via Wikimedia Commons
Das ist dir sicherlich auch schon passiert: du suchst etwas, wie zum Beispiel ein Kleidungsstück, einen Schlüssel oder das Ladegerät für dein Smartphone. Du findest Dinge normalerweise schneller, wenn sie an ihrem Platz liegen. So ist das auch mit dem Periodensystem der Elemente (im folgenden abgekürzt mit PSE). Jedes der bisher bekannten 118 Elemente (Stand Juni 2021) hat dort seine genaue Position. Du hast sicherlich im Chemieraum oder an anderer Stelle dieses PSE gesehen.
Wie ist es entstanden, wie sind die Elemente geordnet (jedenfalls nicht alphabetisch), was bedeuten die Buchstaben (die Elementsymbole) und wie findest du dich zurecht? Das erfährst du alles in diesem Artikel.
Historische Entwicklung
Bis zum Beginn der Neuzeit kannten die Menschen weniger als zwanzig Elemente. Dazu gehörten Edelmetalle wie Gold und Silber. 1789 stellte der französische Wissenschaftler Lavoisier eine Tabelle mit 21 Elementen auf.
Ordnung anhand der Masse
In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts kamen weitere Elemente hinzu. Damit wurde die Frage nach einer Ordnung oder Übersicht immer wichtiger. Durch Experimente war bekannt, dass die Elemente unterschiedlich schwer waren, also unterschiedliche Massen aufweisen. Deshalb hat John Newlands 1862 die damals bekannten Elemente nach ihren Massen geordnet.
Ordnung anhand der Eigenschaften
Dabei fiel John Newlands auf, dass oft nach sieben Elementen wieder ein Element auftaucht, das ähnliche Eigenschaften hatte wie das erste.
| Lithium \[\ce{Li}\] |
Berylium \[\ce{Be}\] |
Bor \[\ce{B}\] |
Kohlenstoff \[\ce{C}\] |
Stickstoff \[\ce{N}\] |
Sauerstoff \[\ce{O}\] |
Fluor \[\ce{F}\] |
Natrium \[\ce{Na}\] |
Magnesium \[\ce{Mg}\] |
Aluminium \[\ce{Al}\] |
Das Edelgas Neon war damals noch nicht bekannt; es steht zwischen Fluor und Natrium.
Newlands formulierte daraus das Gesetz der Oktaven: das achte Element (im Lateinischen: octo = acht ) hat ähnliche Eigenschaften wie das erste.. Den Begriff der Oktave kennst du vielleicht schon aus dem Musikunterricht.
Bereits 40 Jahre vorher stellten Wissenschaftler fest, dass häufig drei Elemente ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel Lithium – Natrium – Kalium. Döbereiner konnte 30 Elemente solchen „Triaden“ zuordnen. Die Atommasse des mittleren Elements entsprach ziemlich genau dem Mittelwert der beiden anderen Elemente.
Die Entwicklung des Periodensystems von Mendelejew und Meyer
1869 kamen der Russe Dimitri Mendelejew und der Deutsche Lothar Meyer (Abb. 3.2) auf die Idee, diese beiden Ideen (Atommasse und chemische Ähnlichkeit) miteinander zu kombinieren.
Dabei wurden die Elemente nach ihren Atommassen senkrecht untereinander geschrieben. Wenn ein Element auftauchte, das ähnliche Eigenschaften wie ein früheres aufwies, hat man die senkrechte Reihe abgebrochen und den Namen dann neben das verwandte Element geschrieben. In den heutigen PSE ist das genau umgekehrt: die ähnlichen Elemente, die Elementfamilien, sind senkrecht angeordnet (also in Spalten).
Mendelejew bewies „Mut zur Lücke“, indem er seine Darstellung mit Fragezeichen versah. An diesen Stellen müssten seiner Meinung nach Elemente stehen, die noch nicht entdeckt worden waren, wie zum Beispiel Ekaaluminium (Gallium) und Ekasilicium ( Germanium).
Außerdem vertauschte er Tellur und Iod. Iod hat zwar die kleinere Atommasse, passte aber zu den Elementen Chlor und Brom (7. Hauptgruppe), nicht aber zu Schwefel und Selen (6. Hauptgruppe). Diese Anordnung hatte bereits Newlands 1862 gewählt.
Die Edelgase fehlten komplett in diesem Entwurf.
Die Elemente Wasserstoff, Strontium und Francium sind hier nicht aufgeführt.
In dem dir bekannten PSE werden die Elemente einer Hauptgruppe senkrecht untereinander geschrieben. Im Bild rechts kannst du den blauen Balken nach oben schieben und die Anordnung der ersten Hauptgruppe vom Periodensystem von Mendeleev mit einer modernen Darstellung des Periodensystems vergleichen.
CC-BY-NC 4.0/Joachim Herz Stiftung ; NikNaks, Public domain, via Wikimedia Commons
Das heutige PSE wurde im Laufe der Zeit durch neu entdeckte Elemente so erweitert, wie du es heute kennst. Es besteht aus 18 Spalten, den 8 Haupt- und 10 Nebengruppen (senkrecht) sowie den 7 Perioden (waagerecht). Bei den Gruppen spricht man auch wegen der Ähnlichkeit von Familien, wie zum Beispiel von den Alkalimetallen (1. Hauptgruppe) und den Halogenen (7. Hauptgruppe).
Heute sind die Elemente nach ihrer Ordnungszahl (also der Kernladung, der Protonenzahl) geordnet. Damit ist auch klar, dass es innerhalb dieses Systems keine Lücken gibt, also keine unbekannte Gruppe und auch zwischendrin keine fehlenden Elemente.
Wenn Wissenschaftler*innen ein neues Element entdecken, können sie einen Namensvorschlag machen. Die IUPAC, eine Kommission, entscheidet dann über den Namen und das Elementsymbol. Solange gibt es an der Stelle einen „Platzhalter“: das schwerste zur Zeit bekannte Element 118 hieß also bis zur Namensgebung Ununoctium.
Das Jahr 2019 wurde von den Vereinten Nationen und der UNESCO zum „Internationalen Jahr des Periodensystems IYPT“ erklärt - 150 Jahre nach den Veröffentlichungen von Mendelejew und Meyer.
In Russland heißt das PSE oft noch „Mendelejew-Tabelle“. Ihm zu Ehren trägt das Element 101 den Namen Mendelevium Md, nach Meyer ist ein Gymnasium in Varel (Friesland) benannt.
2014 fand ein Mitarbeiter der schottischen Universität von St. Andrews die wahrscheinlich älteste Kopie eines Periodensystem-Posters.
