Geschichte: Mendelejew und die Lücken

1869 waren etwa zwei Drittel der natürlichen Elemente bekannt. Mendelejew ließ Plätze für die übrigen frei.

Stell dir vor, du sortierst ein Kartenspiel, in dem einige Karten fehlen, und niemand hat dir gesagt, welche. Du könntest trotzdem die Farben und die Werte auslegen, und die Lücken würden dir genau zeigen, was fehlt. Ungefähr das tat der russische Chemiker Dmitri Mendelejew 1869 mit den Elementen. Er schrieb an einem Chemielehrbuch, schrieb jedes bekannte Element mit seiner Atommasse und seinen Eigenschaften auf eine Karte und schob die Karten hin und her, bis ein Muster erschien.

Die Tafel von 1869

Am 6. März 1869 wurde Mendelejews Arbeit über den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Elemente und ihren Atommassen in der Russischen Chemischen Gesellschaft in Sankt Petersburg vorgetragen. Mendelejew war verreist, und sein Kollege Nikolai Menschutkin stellte sie vor. Die Tafel ordnete die Elemente nach ihrer Atommasse und setzte Elemente mit ähnlicher Chemie in dieselbe Familie. Der deutsche Chemiker Lothar Meyer veröffentlichte 1870 unabhängig eine sehr ähnliche Anordnung, und 1882 verlieh die Royal Society in London beiden Männern ihre Davy-Medaille.

Was Mendelejew auszeichnete: Er vertraute dem Muster mehr als der Liste der bekannten Elemente. Wenn das nach der Masse nächste Element nicht zu der Familie passte, unter die es gefallen wäre, ließ er eine Lücke und nahm an, dass ein Element fehlte. Außerdem tauschte er einige Elemente gegen die Reihenfolge der Massen, wenn ihre Chemie es verlangte. Tellur ist schwerer als Iod, aber Iod gehört eindeutig zu Chlor und Brom, also setzte er Tellur zuerst. Spätere Arbeiten zeigten, dass die wahre Reihenfolge die der Ordnungszahl ist, und darin hatte er recht.

Vorhersagen, die eintrafen

Mendelejew beschrieb die fehlenden Elemente ausführlich, besonders 1871, mit der Vorsilbe eka, Sanskrit für „eins“, im Sinne von „einen Platz weiter“. Eka-Aluminium sollte eine Atommasse nahe 68 und eine Dichte von 5.9 g/cm³ haben. 1875 fand Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran das Gallium mit der Atommasse 69.7 und der Dichte 5.91 g/cm³. Eka-Bor, nahe 44, erwies sich als Scandium, gefunden 1879 von Lars Fredrik Nilson. Eka-Silicium wurde mit etwa 72 und einer Dichte von 5.5 g/cm³ vorhergesagt. Clemens Winkler fand 1886 das Germanium: 72.6 und 5.32 g/cm³.

Besonders das Ergebnis beim Germanium überzeugte die Chemiker, dass die Tafel mehr war als ein praktisches Ablagesystem: Sie konnte vorhersagen. Nicht jede Vorhersage traf zu. Mendelejew hatte keinen Platz für die Edelgase, die niemand vermutete, bis 1894 das Argon gefunden wurde, und er sah die lange Reihe der Lanthanoide nicht voraus. Die Erklärung, warum es das Muster gibt, kam erst im zwanzigsten Jahrhundert. 1913 zeigte Henry Moseley mit Röntgenstrahlen, dass jedes Element eine ganzzahlige Ordnungszahl hat, und die Anordnung der Elektronen in Schalen erklärte, warum sich Eigenschaften wiederholen.

Das Periodensystem ist heute bis zum Ende der Periode 7 vollständig. 2016 genehmigte die IUPAC die letzten vier Namen: Nihonium (113), Moscovium (115), Tenness (117) und Oganesson (118). Nihonium wurde am RIKEN-Institut in Japan hergestellt, das erste Element, das in einem asiatischen Land entdeckt wurde. Diese Elemente existieren nur Sekundenbruchteile, aber jedes wurde in seine Spalte gesetzt, bevor es hergestellt wurde, so wie Mendelejew das Gallium platzierte. Stell das Modell auf „Höhe: Entdeckungsjahr“, und die höchsten Kacheln füllen die unterste Zeile.