Entwicklung des Periodensystems der Elemente

Die Entwicklung des Periodensystems der Elemente begann 1817 mit Döbereiners Triaden und endete 1869 mit der noch heute gültigen systematischen Anordnung von Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer.

Johann Wolfgang Döbereiner (Triadensystem)

Johann Wolfgang Döbereiner

Johann Wolfgang Döbereiner verglich zwischen 1817 und 1829 die Eigenschaften chemischer Elemente, ohne die eigentliche innere Struktur von Atomen zu kennen. Am 16. Juli 1817 erwähnte er in einem Brief an Hofrat Ferdinand Wurzer zum ersten Mal die Bezeichnung Triaden für sein in Entwicklung befindliches System^[1]. Döbereiner hatte bemerkt, dass die Atommassen (damals „Atomgewichte“) der drei einander ähnlichen Elemente Barium (137,327 u), Strontium (87,62 u), und Calcium (40,078 u) den Mittelwert 88,5 u ergaben, also den ungefähren Wert von Strontium. Hieraus schöpfte er anfänglich den Verdacht, Strontium bestünde aus Barium und Calcium, was er aber in entsprechenden Versuchen hierzu nicht bestätigt fand.^[2]

Im Jahre 1829 veröffentlichte Döbereiner eine Schrift mit dem Namen Versuch zu einer Gruppierung der elementaren Stoffe nach ihrer Analogie und somit das erste wissenschaftlich fundierte Ordnungssystem der chemischen Elemente.^[3]

Döbereiner erstellte Gruppen von jeweils drei Elementen, die sogenannten „Triaden“:

Element	Atommasse	Dichte	Element	Atommasse	Dichte
Cl	35,5	1,56 g/l	Ca	40,1	1,55 g/cm³
Br	79,9	3,12 g/l	Sr	87,6	2,6 g/cm³
I	126,9	4,95 g/l	Ba	137	3,5 g/cm³

Es gelang ihm 30 von damals 53 bekannten Elementen mit Hilfe des Triadensystems einzuordnen. Vertikale Triaden: die Alkalien (Lithium, Natrium, Kalium), die alkalischen Erden (Calcium, Strontium, Barium), die Salzbildner (Chlor, Brom, Iod) und die Säurebildner (Schwefel, Selen, Tellur). Fluor würde sich problemlos mit in die Triade der Salzbildner einordnen lassen. Laut Döbereiner sollte es aber das erste Glied einer Triade bilden, von welcher die anderen beiden Elemente noch nicht entdeckt waren. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff wurden von Döbereiner isoliert betrachtet, obwohl Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff eine akzidentelle Triade bilden würden. Weiterhin gelang es ihm nicht, die Erdmetalle und die Elemente Cadmium, Antimon, Bismut, Gold, Wolfram und Tantal in Triaden einzuordnen. Die Platinmetalle bilden zwei Triaden, Platin, Iridium, Osmium und Palladium, Rhodium, Pluran. Die Existenz des Elementes Pluran wurde bereits zu Döbereiners Zeiten von Johann Christian Poggendorff angezweifelt. Johann Wolfgang Döbereiner legte mit der Triadenregel den Grundstein für die Entwicklung des Periodensystems.

Das Triadensystem Döbereiners wurde in den darauffolgenden Jahren u. a. von Leopold Gmelin (neue Triaden) und von Ernst Lenßen erweitert. Lenßen legte nur das Atomgewicht der Elemente zu Grunde und ließ die anderen Eigenschaften außen vor (akzidentelle Triaden). Auf diese Weise konnte er 1857 alle damals bekannten Elemente nach dem Triadenprinzip einordnen.

J. A. R. Newlands (Gesetz der Oktaven)

John Alexander Reina Newlands

John Alexander Reina Newlands fand 1864 heraus, dass sich bei Ordnung der Elemente nach steigender Atommasse die chemischen Eigenschaften in jeder achten Position wiederholen, was er mit den Oktaven aus der Musik verglich. Er nannte seine Entdeckung Gesetz der Oktaven. Siehe auch: Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois

Die Edelgase waren J. A. R. Newlands noch nicht bekannt.

Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer (Periodensystem)

Lothar Meyer

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1897)

1869 stellten fast zeitgleich und unabhängig voneinander der deutsche Chemiker Lothar Meyer und der russische Chemiker Dmitri Mendelejew das erste Periodensystem vor. In Russland wird im Gedenken an Mendelejew auch heute noch das Periodensystem als Tabliza Mendelejewa bezeichnet.

Sie haben die bekannten Elemente nach steigender Atommasse (damals Atomgewichte genannt) und nach Verhaltensähnlichkeit in verschiedenen Intervallen untereinander angeordnet, wobei ihnen die Ähnlichkeiten wichtiger erschienen als die exakte Reihenfolge nach Atommassen, wie man es bei Tellur und Jod aus der Liste von Mendelejew ersehen kann. Ihre Theorie ging bereits soweit, dass sie einige Stellen frei ließen, für die sie die Existenz von bisher noch unbekannten Elementen postulierten.

Dass diese Anordnung richtig war, bestätigte sich erstens durch die Erkenntnis, dass sich die Atommassen nicht kontinuierlich erhöhen, weil sich die meisten Elemente aus Isotopen unterschiedlicher Massen zusammensetzen. Deren zufällige Häufigkeitsverteilung führt dazu, dass Argon mit Kalium, Cobalt mit Nickel sowie Tellur mit Iod ihre Plätze gegenüber der Massenreihenfolge vertauschen (siehe Liste der Isotope). Zweitens wurde durch die Entdeckung der atomaren Strukturen, insbesondere dem Orbitalmodell, eine Erklärung für die Periodizität geliefert.

Entdeckung vorhergesagter Elemente

Mendelejew sagte 1871 die Existenz von drei Elementen vorher, weil diese die entsprechenden Lücken in seinem Periodensystem ausfüllen würden. Aus diesem Grunde „erfand“ er die Vorsilbe Eka (sanskr. = eins) und bezeichnete diese Elemente mit Ekasilizium, Ekaaluminium und Ekabor nach dem jeweils leichteren, in den Eigenschaften ähnlichsten Element.

• Ekaaluminium wurde 1875 von Paul Emile Lecoq de Boisbaudran entdeckt und nach Frankreich als Gallium bezeichnet.
• Ekabor wurde 1879 von Lars Fredrik Nilson entdeckt und nach Skandinavien als Scandium bezeichnet.
• Ekasilizium wurde 1886 von Clemens Winkler entdeckt und nach Deutschland als Germanium bezeichnet.

Henry Moseley (Moseleysches Gesetz)

H.G.J. Moseley entdeckte 1913 das Moseleysche Gesetz, in dem ein Zusammenhang zwischen der Ordnungszahl eines Elementes und der Frequenz einer Spektrallinie der charakteristischen Röntgenstrahlung formuliert ist.

Moseley lieferte mit seinem Gesetz eine Bestätigung für die Richtigkeit der Ordnung der Elemente im Periodensystem und konnte gleichzeitig die exakte Anzahl der damals noch unbekannten Elemente vorhersagen.

Literatur

• Johannes Willem van Sponsen: The Periodic System of Chemical Elements. A History of the First Hundred Years, Amsterdam, London und New York (Elsevier) 1969

Einzelnachweise

Weblinks

• Historische und philosophische Aspekte des Periodensystems der chemischen Elemente von Ralph M. Cahn (PDF; 560 kB)