Ein elementarer Geburtstag

Fast jeder kennt es aus dem Chemieunterricht in der Schule – oder vom Duschvorhang einer berühmten Physiker-WG: das Periodensystem der Elemente. Vor 150 Jahren brachten Dmitri Iwanowitsch Mendelejew und Lothar Meyer unabhängig voneinander Ordnung in die damals bekannten 63 Elemente, indem sie diese nach ihren Atommassen sortierten und Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften systematisch untereinander anordneten.

Um den Geburtstag dieses Kulturguts zu würdigen, haben die Vereinten Nationen 2019 zum International Year of the Periodic Table of Chemical Elements (IYPT) ausgerufen. Dieses organisieren federführend die UNESCO und die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), die 100 Jahre alt wird. Zu den Veranstaltungen des IYPT gehört die offizielle Eröffnungsfeier im UNESCO-Hauptquartier in Paris am 29. Januar. Eine verbindliche Anmeldung – maximal tausend Gäste können teilnehmen - ist online noch bis zum 25. Januar möglich.

Mendelejew und Meyer waren nicht die Ersten, die nach einer Systematik innerhalb der Elemente suchten. Schon im 18. Jahrhundert erfolgte eine grobe Einteilung nach Metallen und Nichtmetallen. Als während des 19. Jahrhunderts immer mehr Elemente entdeckt und wissenschaftlich untersucht wurden, reichte dies nicht mehr aus. Johann Wolfgang Döbereiner erkannte einen Zusammenhang zwischen Atommasse und chemischen Eigenschaften und entwickelte daraus 1829 das Triadensystem. Der dreidimensionalen Darstellung von Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois aus dem Jahr 1862 folgte kurz darauf die erste tabellarische Form in Achtergruppen von John A. R. Newland.

Mendelejew und Meyer griffen diese Ideen auf und nutzten sie für eine konsequente Ordnung. Insbesondere sagte Mendelejew 1871 die Existenz noch unbekannter Elemente vorher, um die Lücken im System zu füllen. Dass Gallium, Scandium und Germanium schon wenige Jahre später entdeckt und zugeordnet wurden, trug maßgeblich zur Anerkennung des Periodensystems bei. So zeichnete die Royal Society Mendelejew und Meyer 1882 mit der Davy-Medaille aus.

Im 20. Jahrhundert zeigte sich, dass die Schalenstruktur der Elektronenhülle die Ursache der Periodizität darstellt, sodass einige fehlerhafte Zuordnungen zu korrigieren waren. Noch heute unterliegt das Periodensystem einem andauernden Wandel: „Neue superschwere Elemente werden immer wieder entdeckt“, sagt Christoph Düllmann. Den Kernchemiker von der Universität Mainz und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt fasziniert die Frage, ob und wo das Periodensystem ein Ende hat: „Momentan haben wir mit Oganesson eine Periode abgeschlossen. Wie weit es weitergeht, ist noch unklar.“

Für seinen Kollegen, den Kernphysiker Michael Block, ist das Erzeugen immer schwererer Elemente eine Herausforderung: „Die Raten werden immer kleiner – wir sind auf der Suche nach neuen Techniken und Nachweismethoden.“ Die IUPAC erkennt die Entdeckung eines neuen Elements nur an, wenn die passende Ordnungszahl bei zwei Experimenten unabhängig voneinander gefunden wurde. Erst dann vergibt sie einen bleibenden Namen.

Bis dahin enthält das Periodensystem den systemischen Namen, der sich mit Hilfe lateinischer und griechischer Zahlwörter aus der Ordnungszahl ergibt. Mendelejew hatte dagegen bei seinen Vorhersagen ein System benutzt, das die chemische Verwandtschaft zu einem leichteren homologen Element angibt. Daher finden sich für das nächste Element nach Oganesson derzeit die Namen Eka-Francium und Ununennium (Ordnungszahl 119). An den Experimenten zu dessen Synthese arbeiten am japanischen Forschungszentrum RIKEN sowie am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna internationale Teams.

Aus Anlass des 150. Geburtstags des Periodensystems bietet die IUPAC online ein Quiz über das Periodensystem, seine Entwicklung und die Elemente an. Zudem ruft sie zur Teilnahme am „Nobelium Contest“ auf, bei dem es gilt, sich kreativ mit dem Periodensystem auseinanderzusetzen.

Weltweit sind zahlreiche Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Jahr des Periodensystems registriert. Auf der Website zum IYPT findet sich dazu ein Überblick. „In Deutschland bleibt die Karte bisher erstaunlich leer“, stellt Christoph Düllmann fest. „Das ändert sich hoffentlich in den kommenden Monaten.“ Zusammen mit Michael Block organisiert er Ende August im Rahmen einer Konferenz in Wilhelmshaven ein zweitägiges Sondersymposium zum IYPT. Dieses bietet neben wissenschaftlichen Vorträgen zur Suche nach superschweren Elementen auch Beiträge an, welche die Entwicklung des Periodensystems in den historischen Kontext einordnen und den Begriff des Elements aus philosophischer Sicht beleuchten.

Kerstin Sonnabend

Weitere Infos

• International Year of the Periodic Table of Chemical Elements (IYPT)
• 100 Jahre International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
• Sondersymposium zum IYPT (im Rahmen der TAN 19)
• Extended periodic table (Erweitertes Periodensystem der Elemente)

Weitere Beiträge

• S. Fritzsche und R. Beerwerth, Selten schwerer Nachweis, Physik Journal, Januar 2017, S. 20
• C. Spiering und H. Schopper, Superschwere Elemente und Neutrinos, Physik Journal, Juni 2016, S. 37
• M. Schädel und A. Türler, Ein Platz für Schwergewichte, Physik Journal, Juni 2009, S. 35
• S. Hofmann, Elementare Bestätigung, Physik Journal, Juli 2007, S. 19
• S. Hofmann, Auf der Jagd nach Superschwergewichten, Mai 2005, S. 37
• M. Schädel und J. V. Kratz, Chemie mit Seaborgium – Chromatografie mit einzelnen Atomen, Physikalische Blätter, September 1997, S. 865
• G. Soff und W. Greiner, Renaissance der Röntgenspektroskopie in der Schwerionenphysik, Physikalische Blätter, August 1974, S. 345
• F. Hund, Wie haben die Physiker die Chemie verstanden?, Physikalische Blätter, Juli 1973, S. 310
• Element Z = 112 mit hoher Wahrscheinlichkeit entdeckt, Physikalische Blätter, April 1971, S. 181
• Das Periodische System über Element 104 hinaus, Physikalische Blätter, September 1969, S. 416
• Suche nach Element Z = 110, Physikalische Blätter, April 1969, S. 183