Entwicklung des Periodensystems der Elemente

Das Periodensystem der Elemente hat folgende Entwicklungsgeschichte:

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Johann Wolfgang Döbereiner (Triadensystem)

Johann Wolfgang Döbereiner stellte zwischen 1817 und 1829 Vergleiche zwischen chemischen Elementen an. Er wusste noch nichts über die innere Struktur von Atomen. Am 16. Juli 1817 wurde in einem Brief an den Hofrat Ferdinand Wurzer die Triadenbezeichnung, die Döbereiner entwickelte, das erste Mal erwähnt. Johann Wolfgang Döbereiner bemerkte, dass die stöchiometrischen Werte von Barium (72,5), Strontium (50), und Calcium (27,5) den Mittelwert 50 ergaben, also den Wert von Strontium. Auch die Eigenschaften der drei Elemente sind ähnlich. Diese Erkenntnis ließ Döbereiner erst daran zweifeln, dass Strontium ein eigenständiges Element ist. Er vermutete, dass es sich um eine Mischung aus Calcium und Barium handelt. Diese Annahme erwies sich allerdings als falsch.

Im Jahre 1829 veröffentlichte Döbereiner eine Schrift mit dem Namen Versuch zu einer Gruppierung der elementaren Stoffe nach ihrer Analogie und somit das 1. wissenschaftlich fundierte Ordnungssystem der chemischen Elemente. Es gelang ihm 30 von damals 53 bekannten Elementen mit Hilfe des Triadensystems einzuordnen. Vertikale Triaden: die Alkalien (Lithium, Natrium, Kalium), die alkalischen Erden (Calcium, Strontium, Barium), die Salzbildner (Chlor, Brom, Iod) und die Säurebildner (Schwefel, Selen, Tellur). Fluor würde sich problemlos mit in die Triade der Salzbildner einordnen lassen. Laut Döbereiner sollte es aber das erste Glied einer Triade bilden, von welcher die anderen beiden Elemente noch nicht entdeckt waren. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff wurden von Döbereiner isoliert betrachtet, obwohl Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff eine akzidentelle Triade bilden würden. Weiterhin gelang es ihm nicht die Erdmetalle und die Elemente Strontium, Cadmium, Antimon, Bismut, Gold, Wolfram und Tantal in Triaden einzuordnen. Die Platinmetalle bilden zwei Triaden, Platin, Iridium, Osmium und Palladium, Rhodium, Pluran. Die Existenz des Elementes Pluran wurde bereits zu Döbereiners Zeiten von Johann Christian Poggendorff angezweifelt. Johann Wolfgang Döbereiner legte mit der Triadenregel den Grundstein für die Entwicklung des Periodensystems.

Döbereiner erstellte Gruppen von jeweils 3 Elementen, die sogenannten „Triaden“:

Das Triadensystem Döbereiners wurde in den darauffolgenden Jahren u.a. von Leopold Gmelin (neue Triaden) und von Ernst Lenßen erweitert. Lenßen legte nur das Atomgewicht der Elemente zu Grunde und ließ die anderen Eigenschaften außen vor (akzidentelle Triaden). Auf diese Weise konnte er 1857 alle damals bekannten Elemente nach dem Triadenprinzip einordnen.

J.A.R. Newlands (Gesetz der Oktaven)

John Alexander Reina Newlands fand 1864 heraus, dass sich bei der Ordnung der Elemente nach jeweils 8 die chemischen Eigenschaften wiederholen, was er mit den Oktaven aus der Musik verglich. Er nannte seine Entdeckung Gesetz der Oktaven.

Die Edelgase waren J.A.R. Newlands noch nicht bekannt.

Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer (Periodensystem)

1869 entwickelten fast zeitgleich sowohl ein deutscher (Lothar Meyer) als auch ein russischer Chemiker (Dmitri Mendelejew) unabhängig voneinander die ersten Periodensysteme, in denen sie die Elemente, nach steigender Atommasse, in Intervallen untereinander anordneten.

Sie gingen sogar schon soweit, dass sie zum Teil von der strengen Ordnung abwichen und einige Stellen frei ließen, weil ihnen die Anordnung der gemeinsamen Eigenschaften in Gruppen wichtiger war. Für die freien Stellen postulierten sie die Existenz von bisher noch unbekannten Elementen. Problematisch war auch, dass es Abweichungen in der Reihenfolge bei einigen Elementen gab, sodass diese ausgetauscht werden mussten. Es handelte sich dabei um folgende Elemente: Argon – Kalium, Cobalt – Nickel und Tellur – Iod.

Dieses Vorgehen wurde später durch die Entdeckung der atomaren Strukturen untermauert. Durch das Orbitalmodell wurde auch endlich eine befriedigende Erklärung für die Periodizität geliefert. In Russland wird im Gedenken an Mendelejew auch heute noch das Periodensystem als Tabliza Mendelejewa bezeichnet.

Henry Moseley (Moseleysches Gesetz)

H.G.J. Moseley entdeckte 1913 das Moseleysche Gesetz, in dem ein Zusammenhang zwischen der Ordnungszahl eines Elementes und der Frequenz einer Spektrallinie der charakteristischen Röntgenstrahlung formuliert ist. Moseley lieferte mit seinem Gesetz eine Bestätigung für die Richtigkeit der Ordnung der Elemente im PSE und konnte gleichzeitig die exakte Anzahl der damals noch unbekannten Elemente vorhersagen.

Entdeckung vorhergesagter Elemente

Mendelejew sagte 1871 die Existenz von drei Elementen vorher, weil diese entsprechende Lücken in seinem Periodensystem ausfüllen würden. Aus diesem Grunde „erfand“ er die Vorsilbe Eka (sanskr. = eins) und bezeichnete diese Elemente mit Ekasilizium, Ekaaluminium und Ekabor nach dem ihnen am nächsten stehenden bekannten Element.

• Ekaaluminium 1875 von Paul Emile Lecoq de Boisbaudran entdeckt und nach Frankreich als Gallium bezeichnet.
• Ekabor 1879 von Lars Fredrik Nilson entdeckt und nach Skandinavien als Scandium bezeichnet.
• Ekasilizium 1886 von Clemens Winkler entdeckt und nach Deutschland als Germanium bezeichnet.