EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Die Entdeckung Mendelejeffs 1.6 Das Periodensystem der Elemente – historische Entwicklung 24 24 Das schon aus der Unterstufe bekannte Periodensystem der Elemente – kurz auch PSE genannt –, das in jedem Chemiesaal hängt und in jedem Chemiebuch abgebildet ist, ist für jeden Chemiker ein unentbehrliches Hilfsmittel. Es wur- de erst Mitte des 19. Jahrhunderts aufgestellt. Allerdings gab es schon vorher Bestrebungen eine "Ordnung" in die damals bekannten Elemente zu bringen. 1829 findet der deutsche Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) – der übrigens auch das erste Feuerzeug erfunden hat – heraus, dass jeweils drei chemische Elemente ähnliche Eigenschaften haben. Die von ihm entdeck- ten „Triaden" waren Chlor – Brom – Iod, Schwefel – Selen – Tellur, Calcium – Strontium – Barium und Lithium – Natrium – Kalium. Im Jahr 1865 präsentiert der britische Chemiker John A. R. Newlands (1837 – 1898) sein Gesetz der Oktaven. Er ordnet die Elemente nach steigender Masse und findet nach jeweils 8 Elementen Ähnlichkeiten. Diesen Zusammenhang vergleicht er mit den Oktaven der Musik. Der Geniestreich des Dimitrij Iwanowitsch Mendelejeff Der Deutsche Lothar Meyer (1830–1895) und der Russe Dimitrij Iwanowitsch Mendelejeff (1834–1907) entdeckten unabhängig voneinander eine regelmä- ßige Periodizität der Eigenschaften bei den damals bekannten Elementen, wenn man diese nach steigender Masse ordnet. (Die Ordnungszahl war da- mals noch nicht bekannt – Atome wurden ja noch als von Masse erfüllte Ku- geln betrachtet). Dies veranlasste die beiden Chemiker im Jahre 1869 ein Ordnungssystem zu veröffentlichen, bei dem Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zu Gruppen zusammengefasst wurden. Um das Ordnungsprinzip aufrechtzuerhalten, mussten im damaligen Periodensystem Lücken gelassen werden. Mendelejeff war mutiger als sein deutscher Kollege und glaubte an die Vollständigkeit des Systems. Er sagte Eigenschaften für Elemente der „Lücken“ voraus und diese fehlenden Elemente wurden – teils auch durch seine Voraussagen – nach und nach entdeckt (Abb. 24–2). Die heute bekannten Elemente Insgesamt kennt man heute 118 Elemente. 80 davon haben stabile Nuklide (Ordnungszahlen 1 bis 82 außer 43 und 61). Alle diese stabilen Elemente kom- men auf der Erde (in der Erdkruste) vor, allerdings in sehr unterschiedlicher Häufigkeit (Abb. 24–3.). Von den Elementen mit ausschließlich radioaktiven Nukliden kommen nur Bismut, Thorium und Uran relativ häufig vor. Sie zerfal- len so langsam, dass seit der Elemententstehung noch beträchtliche Mengen vorhanden sind. Alle anderen radioaktiven Elemente (mit kürzeren Halbwerts- zeiten) sind nur in Spuren vorhanden, meist werden sie aus Thorium oder Uran in einer Zerfallsreihe immer neu gebildet. Elemente mit höherer Ordnungs- zahl als Uran (Transurane) gibt es auf der Erde als natürliches Vorkommen fast nicht. Nur ein Plutoniumnuklid findet sich in winzigsten Spuren. Nach Entdeckung der Kernspaltung und der Konstruktion von Kernreaktoren konnte eine Reihe der Transurane durch Neutronenbestrahlung von Uran in Kernreaktoren und anschließende radioaktive Zerfälle erzeugt werden. Einige sind heute in den radioaktiven Abfällen von Kernreaktoren enthalten und im Fallout von Wasserstoffbomben, kommen also vom Menschen verursacht in der Natur in Spuren vor. Unter ihnen finden sich kurzlebige Nuklide aber auch solche mit Halbwertszeiten bis zu Jahrtausenden. Die höheren Transurane wurden durch Kollision von schweren Atomkernen mit anderen Atomkernen in Teilchenbeschleunigern hergestellt. Von ihnen wurden oft nur wenige Atome gewonnen, die in Sekundenbruchteilen radioaktiv zerfie- len. Eine praktische Bedeutung im Sinne einer Nutzung all dieser Elemente ist daher nicht vorhanden. Das bisher als letztes hergestellte Element mit OZ = 117 stammt aus dem russischen Kernforschungszentrum in Dubna im Jahre 2010. Abb. 024–2: Voraussage der Eigenschaften des Germaniums Abb. 024–1: Das PSE nach Mendelejeff O Si 49 % 26 % Al 7,5 % Fe 4,7 % Ca 3,4 % Na 2,6 % K 2,4 % Mg 1,9 % H 0,9 % andere 1,6 % Voraussage Gefundenes Element Name Ekasilicium Germanium Symbol Es Ge ELEMENT Atommasse in „u“ 72 72,59 Fp (°C) hoch 958 Dichte (g/cm 3 ) 5,5 5,36 OXID EsO 2 GeO 2 Dichte (g/cm 3 ) 4,7 4,7 CHLORID EsCl 4 GeCl 4 Kp (°C) < 100 83 Abb. 024–3: Massenanteil der Elemente in der Erdhülle Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv