Die Ordnung des Universums: 150 Jahre Periodensystem der Elemente

2019 ist zum „Internationalen Jahr des Periodensystems der chemischen Elemente“ erklärt: Damit wollen die Vereinten Nationen weltweit das Bewusstsein dafür wecken, wie Chemie nachhaltige Entwicklung fördern sowie Lösungen für weltweite Herausforderungen bei Energie, Bildung, Landwirtschaft oder Gesundheit bieten kann. Es sollen so auch die jüngsten Entdeckungen und Benennungen vierer „superschwerer“ Elemente des Periodensystems mit den Ordnungszahlen 113 (Nihonium), 115 (Moscovium), 117 (Tennessine) und 118 (Oganesson) bekannter gemacht werden.

Die Widmung fällt zudem mit dem 150. Geburtstag des Periodensystem-Entdeckers Dmitri Mendelejew zusammen. Das PSE bietet den Blick ins Universum - und könnte selbst grenzenlos sein.

Zwei Erfinder

Am 6. März 1869 hört die russische Chemische Gesellschaft offiziell erstmals vom Periodensystem der Elemente. Chemie-Professor Dmitri Mendelejew aus Sankt Petersburg hat es kurz zuvor skizziert. Doch wird die revolutionäre Idee nicht von ihrem geistigen Vater vorgestellt, sondern von einem seiner Kollegen. Mendelejew besucht damals angeblich Provinz-Käsereien südlich der Hauptstadt.

Der Russe

Das Periodensystem ist kein Zufallsfund, sondern das Resultat penibler Ausdauer. 20 Jahre will der Russe über die Beziehungen der damals bekannten rund 60 Elemente nachgedacht haben, bis er sie streng nach dem Gewicht ihrer Atome klassifiziert. Über eine Art Solitär-Kartenspiel stellt er Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zueinander. Mendelejew nimmt auch damals noch unbekannte Stoffe auf, bei denen er davon ausgeht, dass sie vorhanden sein müssen - etwa die später entdeckten Elemente Scandium, Gallium und Germanium. Heute enthält das PSE 118 Elemente, in der Mehrzahl Metalle.

Der Deutsche

Unabhängig davon brüten seinerzeit weitere Forscher über den Elementen - wie etwa Lothar Meyer. Mendelejews Veröffentlichung soll den Deutschen dazu bewogen haben, seine bereits erarbeitete Tabelle ebenfalls zu publizieren. Zunächst ist offen, welches System sich durchsetzen wird. Meyer und Mendelejew erhalten für ihre Forschung 1882 gemeinsam die prestigeträchtige Davy-Medaille. Doch verblasst zumindest außerhalb von Chemikerkreisen der Name Meyer mit der Zeit. Und obwohl er zwischen 1905 und 1907 immer zu den aussichtsreichsten Kandidaten zählt, erhält auch der Russe nie den Chemie-Nobelpreis.

Ordnung ist das ganze Leben

Das über Jahrhunderte gewachsene Periodensystem stellt bis heute in den senkrecht angeordneten „Gruppen“ ähnliche Elemente zueinander. Zum Beispiel gehören zu den Alkalimetallen unter anderem Lithium, Natrium, Kalium und Cäsium. In den waagerechten „Perioden“ nimmt von links nach rechts grob gesagt die Atomgröße ab. Bis in Mendelejews Zeit wurden Elemente etwa abhängig von Farbe, Leitfähigkeit oder thermischen Eigenschaften geordnet.

Wasserstoff ist Nummer 1

Der Wasserstoff als häufigstes und zugleich leichtestes Element hat im PSE die Ordnungszahl 1. Diese gibt die Anzahl der elektrisch positiv geladenen Protonen in einem Atomkern an. Das schwerste Element mit der höchsten Ordnungszahl 118 wurde erst nach dem Jahr 2000 erzeugt: Oganesson entsteht in winzigsten Mengen aus einem künstlich hervorgerufenen Zusammenprall von Atomkernen - und zerfällt nach ein paar Millisekunden. Reichlich 90 Elemente kommen in der Natur vor, der Rest sind reine Laborerzeugnisse.

Im Weltraum

An jedem Ort im Universum lassen sich dieselben Elemente wie auf der Erde finden. Doch nur eines ist zuerst im Weltraum entdeckt worden. Forscher beobachten 1868 im Licht der Sonne ein bis dahin unbekanntes Element - und benennen es nach dem griechischen Sonnengott Helios. Weil es für ein Metall gehalten wird, bekommt es die dafür typische Endung „-ium“. 27 Jahre später wird Helium auf der Erde nachgewiesen. Das Gas ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im All.

Edelgase

Manche Elemente müssen sich erst durchsetzen. Als 1894 das Edelgas Argon entdeckt wird, verneint Mendelejew zunächst dessen Existenz - weil er dafür einfach keine Lücke in seinem System findet. Für ihn ist es ein „neuer Bestandteil der Luft“. Doch als auch Gase mit ähnlichen Eigenschaften wie Radon und Neon entdeckt werden, bekommen Edelgase ihren Platz - in einer eigenen Spalte.

Zuwachs

Das PSE findet derzeit im Oganesson seinen Abschluss. Doch sind Forscher weiter auf der Suche nach Elementen über die mittlerweile aufgefüllte siebte Periode hinaus. Ob das PSE noch weiter anwächst, wird wohl die Zeit zeigen. Und die Fähigkeiten der Labore.