150 Jahre Periodensystem

Viele kennen es nur aus der Schule und sind vielleicht froh, es mit dem Schulabschluss hinter sich gelassen zu haben. Zu seinem 150-jährigen Jubiläum soll das Internationale Jahr des Periodensystems an die Errungenschaft erinnern, die in der tabellarischen Aufstellung der Elemente steckt.

Das Periodensystem machte die verborgene Ordnung in den Bausteinen der Materie erst sichtbar: Der russische Chemiker Dmitri Mendelejew sortierte die damals bekannten 63 Elemente nach aufsteigender Atommasse und ordnete sie nach Ähnlichkeit ihrer Eigenschaften in sieben Gruppen an. Erst diese tabellarische Systematik machte die weissen Flecken in der Landschaft der Elemente sichtbar: So wies Mendelejew von Anfang an darauf hin, dass man mit der Entdeckung noch vieler unbekannter Elemente rechnen müsse.

«Mendelejew hat leere Felder in seiner Tabelle gelassen und sogar die chemischen Eigenschaften einiger Elemente vorhergesagt, die später hinzugefügt wurden», erklärte Claude Piguet, Professor für Mineralchemie an der Universität Genf, im Interview mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. Zum Beispiel diejenigen von Gallium, Scandium und Germanium, die Mendelejew Eka-Aluminium, Eka-Bor und Eka-Silizium nannte. Das Präfix «Eka» benutzte er für freie Stellen im Periodensystem, die sich einen Spaltenplatz unter einem bekannten Element befanden.

Rund 50 Jahre lang wurden bestimmte Elemente jedoch nicht in das Periodensystem aufgenommen, weil sie «nicht ausreichend rein oder identifiziert» waren, so Piguet. Erst viel später, Anfang des 20. Jahrhunderts, erhielten sie ihren Platz in der Tabelle - dank der Entwicklung der Atomtheorie und in einer neu eingeführten «Schicht» im Periodensystem.

Die Rede ist von seltenen Erden, und unter diese fällt auch der Genfer Beitrag zur Reihe der Elemente: Der Chemiker Jean-Charles Galissard de Marignac (1817-1894), der an der Genfer Akademie (seit 1873 Universität Genf) studierte und lehrte, ging in die Geschichte ein, indem er zwischen 1878 und 1880 zwei Elemente entdeckte: Ytterbium (Yb) und Gadolinium (Gd).

Zwischen 1842 und 1883 bestimmte er ausserdem mit hoher Präzision das Atomgewicht von 29 Elementen, was mehr als einem Drittel der damals bekannten Elemente entspricht. Für seine Arbeit erhielt er 1886 die Humphry-Davy-Medaille, die damals in etwa dem Nobelpreis für Chemie entsprach.

Zwei weitere Genfer haben mit ihrer Entdeckung zum Periodensystem der Elemente beigetragen: Der Physiker Jacques-Louis Soret und der Chemiker Marc Delafontaine gelten als Entdecker des Elements Holmium (Ho). Parallel wurde es von dem Schweden Per Teodor Cleve isoliert und beschrieben. Delafontaine und Soret waren beide Studenten von de Marignac.

Das Periodensystem wurde seit Mendelejews Vorschlag bis zu seiner heutigen Form zahlreichen Anpassungen unterzogen. Als universelle Referenz zählt es inzwischen 118 Elemente, von Wasserstoff (H) bis Oganesson (Og). Weitere sind zwar theoretisch vorhergesagt, aber noch nicht nachgewiesen.

In der Natur ist das schwerste Element Uran, mit der Ordnungszahl 92. Die Elemente mit höheren Ordnungszahlen werden als Transurane bezeichnet. Diese schweren, radioaktiven Elemente kommen in der Natur nicht oder nur in Spuren vor - das bekannteste ist Plutonium.

Transurane lassen sich aber technisch aus Uran oder anderen Elementen mit hoher Ordnungszahl herstellen, indem man ihre Atomkerne mit Neutronen oder anderen Atomkernen beschiesst. Durch sogenannte Neutroneneinfänge und eine bestimmte Art von radioaktivem Zerfall, Beta-Zerfall genannt, entstehen dabei Transurane.

Mit Blick auf die zukünftige Entwicklung des Periodensystems sei wahrscheinlich zumindest kein stabiles Element mehr zu entdecken, vermutet Claude Piguet. Die meisten Elemente jenseits der Ordnungszahl 92 sind sehr instabil und haben eine Lebensdauer in der Grössenordnung von Sekundenbruchteilen.