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150 Jahre Periodensystem der Elemente

2019 gilt als Internationales Jahr des Periodensystems der Elemente (PSE). Anlässlich des 150-jährigen Bestehens widmen die Vereinten Nationen und die UNESCO „der Tabelle“ das Weltjahr „International Year of the Periodic Table of Chemical Elements“ (IYPT 2019). Damit wollen sie weltweit das Bewusstsein dafür wecken, wie Chemie nachhaltige Entwicklung fördern sowie Lösungen für weltweite Herausforderungen bei Energie, Bildung, Landwirtschaft oder Gesundheit bieten kann. Die Widmung fällt zudem mit dem 185. Geburtstag eines der beiden PSE-Entdecker, Dimitri Mendelejew zusammen.

In unserem chemischen Kabinett der solaris Jugend- und Umweltwerkstätten widmen wir uns in diesem Jahr verstärkt dem Element Wasser mit verschieden Projektangeboten.
 


Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker

Was ist das PSE?

Das Periodensystem ist ein Ordnungssystem, das die Natur den Elementen gegeben hat. Im Periodensystem der Elemente werden alle chemischen Elemente nach steigender Kernladungszahl sortiert: von Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 bis zum schwersten heute bekannten Element, dem Organesson mit der Ordnungszahl 118. Die Kernladungszahl, auch Ordnungszahl genannt, definiert die Anzahl der Protonen, der positiv geladenen Teilchen in einem Atom. Wasserstoff hat also ein Proton, Organessom hat 118 Protonen. Diese Reihe der 118 Elemente wird in mehreren Zeilen dargestellt, die als Perioden bezeichnet werden. Die Elemente, die dadurch im Periodensystem untereinander, also in einer Spalte stehen, bilden eine Gruppe. Das Periodensystem hat 18 Gruppen, von denen acht als Hauptgruppen bezeichnet werden.
 

Wie kam es zur elementaren Ordnung der Welt?

Schon lange bevor Dimitri Mendelejew und Lothar Meyer das heute bekannte und weiterentwickelte PSE beschrieben, wurden chemische Elemente entdeckt und versuchten Chemiker die elementaren Stoffe zu gruppieren. Dabei sind Elemente wie Eisen, Kupfer oder Gold der Menschheit schon tausende Jahre bekannt. Sie lassen sich anfassen, anders als z.B. Gase, die nicht greifbar sind. Ab den 1770-er Jahren entdeckten Chemiker immer mehr neue Elemente. In der Universitätsstadt Jena sah man zuerst einen Zusammenhang ihrer chemischen Eigenschaften.

1829 in Jena veröffentlichte der Chemiker und Vordenker des PSE Johann Wolfgang Doebereiner seinen „Versuch zur Gruppierung der elementaren Stoffe nach ihrer Analogie“. Er hatte Dreiergruppen chemischer Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zusammengestellt. 1850 stellte der bayrischer Chemiker Max von Pettenkofer dann größere Gruppen chemischer Elemente als Doebereiner zusammen. Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois entwarf 1862 eine Modell-Vorstufe, bei dem die Elemente nach ihrer steigenden Atommasse angeordnet waren. Später sortierte der englische Chemiker John Alexander Newlands im „Law of Oktaves“ 35 der damals bekannten Elemente nach steigender Atommasse.

Der deutsche Chemiker Lothar Meyer verwendete 1869 bei Vorlesungen am Polytechikum Karlsruhe eine noch lückenhafte, doch dem heutigen PSE vor allem in der grafischen Darstellung sehr ähnliche Anordnung der Elemente. In Bezug auf die Lücken warnte er jedoch vor „höchst anziehenden Spekulationen über Existenz und Eigenschaften von Elementen, welche bis jetzt noch nicht entdeckt sind“.

In diesem Punkt anders ging zur gleichen Zeit und unabhängig von Meyers Arbeit der russische Chemiker Dimitri Mendelejew vor. Seine Publikation "Die Beziehungen zwischen den Eigenschaften der Elemente und ihren Atomgewichten" war am 06. März 1869 die Erstveröffentlichung aller 64 damals bekannten Elemente verbunden mit der Vorhersage der chemischen Eigenschaften dreier weiterer Elemente, die später tatsächlich nachgewiesen wurden. Einer dieser Nachweise wurde übrigens in Sachsen geführt.

Das von Mendelejew vorausgesagte Eka-Silicium wurde 1886 von dem Chemiker der Bergakademie Freiberg Clemens Winkler entdeckt und Germanium genannt. Das ebenfalls vorausgesagte Element Eka-Aluminium (Gallium) wurde 1875 von dem Franzosen Paul-Emile Lecoq de Boisbaudranu und das Eka-Bor (Scandium) 1879 durch den Schweden Lars Frederik Nilson entdeckt.

Das PSE nach Meyer und Mendelejew (YouTube)
 

PSE – natürlich auf der Erde endlich!

Noch kommen 94 der 118 bekannten Elemente natürlich vor. Doch die Ressourcen auf der Erde sind endlich. Besonders betroffen sind neben Metallen wie Silber und Zink auch weniger bekannte Elemente wie Gallium, Hafnium und Indium. Diese Elemente kommen nur in sehr geringen Mengen auf der Erde vor, werden aber für Halbleiter- und Raumfahrttechnik sowie Touchscreens gebraucht. Weil zu viele alte Smartphones nicht entsorgt werden und das Recycling aufwendig ist, fehlt ein Rohstoff-Kreislauf. Und auch das im Erdinneren gesammelte Helium wird in den nächsten Jahrzehnten als knapp eingestuft.
 

PSE ohne Grenzen?

Im Internationalen Jahr des Periodensystems der Elemente sollen auch die jüngsten Entdeckungen von vier "superschweren" PSE-Elementen mit den Ordnungszahlen 113 (Nihonium), 115 (Moscovium), 117 (Tennessine) und 118 (Oganesson) bekannter gemacht werden. Wie bei allen Elementen mit der Ordnungszahl 95 und höher ist ihre Herstellung allerdings teuer, energieaufwendig und kompliziert. Denn diese Elemente kommen auf der Erde nicht natürlich vor, sondern werden im Labor oder im Kernreaktor erzeugt. An den folgenden Elementen 119 und 120 wird aktiv geforscht. Bei welcher Ordnungszahl endgültig Schluss ist, ist unbekannt: Schätzungen belaufen sich auf 126 bis 173 mögliche Elemente.

115 Mc Moscovium – Entdeckung und Benennung (YouTube)


PSE – die Namen der Elemente?

Nach berühmten Wissenschaftlern sind das Einsteinium (Albert Einstein) oder das Röntgenium (Wilhelm Conrad Röntgen) benannt. Städte-, Länder- und Flüsse-Namen finden ihren Niederschlag, so wie beim nach Darmstadt benannte Darmstadium, beim Hassium - vom lateinischen Hassia für Hessen oder Rhenium, das dem Rhein seinen Namen verdankt. Und auch Frankreich (Gallium und Francium), Japan (Nihonium), Deutschland (Germanium) oder Polen (Polonium) sind Namensgeber für die Elemente des Periodensystems.

Das wahnsinnig unglaubliche Lied zum PSE (YouTube)
Jubiläumsaktion der Gesellschaft Deutscher Chemiker Lieblingselemente