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Kurioses, Erstaunliches, &Uuml;berraschendes &mdash; was vor 50 Jahren in den &bdquo;Nachrichten aus der Chemie&ldquo; stand, die damals noch &bdquo;Nachrichten aus Chemie und Technik&ldquo; hie&szlig;en.

Vor 50 Jahren

Vor 50 Jahren informierten die Nachrichten aus Chemie und Technik in ihrer ersten Juliausgabe unter dem Titel „Das Periodensystem ist noch nicht zu Ende“ über neu entdeckte und vorhergesagte Elemente. Anlass was das „Mendeleev Centennial“ auf der Jahrestagung der American Chemical Society. Dort stellten die Wissenschaftler des Los Alamos Scientific Laboratory Computermethoden vor, mit denen sie Stabilität und Eigenschaften der noch nicht entdeckten Transurane vorhersagten.<div><img src="https://media.graphcms.com/QWUmINfASLyio0ichP2x">

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Meldung

Vor 50 Jahren in den Blauen Blättern: Juli 1969

Vor 50 Jahren informierten die Nachrichten aus Chemie und Technik in ihrer ersten Juliausgabe unter dem Titel „Das Periodensystem ist noch nicht zu Ende“ über neu entdeckte und vorhergesagte Elemente. Anlass was das „Mendeleev Centennial“ auf der Jahrestagung der American Chemical Society. Dort s...

Prof.Prof.h.c.Dr.habil.

Das Periodensystem der Elemente war anfänglich umstritten. Es stieß zuerst auf Gleichgültigkeit und Skepsis – und auch später erschütterten neue Entdeckungen, etwa die Edelgase, die Idee der chemischen Periodizität.
Im März 1869 hatte Dmitri I. Mendelejew (1834 – 1907) den Mitgliedern der Russischen Chemischen Gesellschaft in einer Mitteilung das Periodensystem der Elemente vorgestellt. Diese Entdeckung erhielt zunächst wenig Beachtung. Selbst der damalige Präsident der Russischen Chemischen Gesellschaft, Nikolai N. Sinin (1812 – 1880) äußerte sich abfällig zum Versuch Mendelejews, eine Ordnungstafel der Elemente aufzustellen, und meinte, Mendelejew mache nicht das, womit sich ein echter Forscher beschäftigen sollte.<figure><img src="https://media.graphcms.com/S1fRUMbMRrSCt2elNmRR"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Gründung der Russischen Chemischen Gesellschaft im Januar 1868 (stehend 2. v. r. Dmitri Mendelejew, 4. v. r. Friedrich Beilstein, 6. v. r. Nikolai Menschutkin, 7. v. r. Alexander Borodin). Im März 1869 ließ Mendelejew auf der Sitzung der Russischen Chemischen Gesellschaft mitteilen, dass er beabsichtigte, einen Versuch eines Systems der Elemente zu publizieren. Trotz der Gleichgültigkeit der anwesenden Kollegen wurde der entsprechende Aufsatz noch im April 1869 im Journal der Russischen Chemischen Gesellschaft veröffentlicht. Foto: Wikimedia Commons</figcaption></figure>
Trotz der Gleichgültigkeit seiner Kollegen erschien der entsprechende Aufsatz und die erste Tabelle noch im April 1869 im ersten Band des Journals der Russischen Chemischen Gesellschaft auf Russisch und in der Zeitschrift für Chemie auf Deutsch.1) Von der Tabelle selbst wurden 150 Exemplare in russischer Sprache und 50 Exemplare in Französisch gedruckt.Die Tabelle enthielt vier Atommassen, die Mendelejew aufgrund seiner Periodizitätsregel berechnet und mit Fragezeichen versehen hatte. Sie füllten die Lücken für die zu erwartenden Elemente mit den Atommassen 45, 68, 70 und 180. Außerdem hatte Mendelejew zwei Elemente Au-197 und Bi-210 mit Fragezeichen versehen sowie die Elemente Ni = Co = 59 an der selben Stelle platziert, was die Anzahl der Elemente in der Spalte Ti bis Cu um eins verringerte. Dadurch enthielt sie genauso viele Elemente wie die Spalte Zr bis Ag und ? = 180 bis Hg.Tellur und Iod platzierte Mendelejew nicht nach steigendem Atomgewicht, sondern ließ sich von der Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften leiten. Sonst wäre Tellur in die Halogengruppe gewandert, und Iod wäre chemisch verwandt mit Selen.<h2>Periodizität</h2>Den Terminus „Periodisches Gesetz“ verwendete Mendelejew erstmals in seiner Abhandlung „Das natürliche System der Elemente und seine Anwendung zur Vorhersage der Eigenschaften einiger Elemente“ im Journal der Russischen Chemischen Gesellschaft, datiert vom 28. November 1870 (julianischer Kalender, 11. Dezember im gregorianischen).2) Darin wies er auch sehr bestimmt auf die Existenz noch nicht entdeckter Elemente hin.Die ursprüngliche systematische Darstellung der Elemente justierte Mendelejew im Lauf des Jahres nach und verbesserte sie, sodass schließlich die klassische Kurzform des Periodensystems resultierte. Diese Form enthielt sieben Hauptgruppen von Elementen, deren Glieder über jeweils ähnliche Eigenschaften verfügten. Zusätzlich legte er die Wertigkeit der Elemente und die von ihnen gebildeten Verbindungen zugrunde.<figure><img src="https://media.graphcms.com/DQSdFuZRAGgAL6GGmcMN"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Links: Mendelejews ursprüngliche im Jahr 1869 gedruckte1) Form des Periodensystems der Elemente. Unten: Seine klassische Kurzform aus dem Jahr 1871.4)</figcaption></figure>
Die Formen, zu denen sich Elemente mit Wasserstoff und Sauerstoff verbinden, nahm Mendelejew als gesonderte Reihe in seine Tabelle mit auf. Er begründete dies so: „Die höchsten Verbindungen eines Elements mit Wasserstoff und Sauerstoff, folglich auch mit äquivalenten Elementen, werden durch das Atomgewicht desselben bestimmt, von welchem sie eine periodische Funktion sind“.3)In der im August 1871 erschienenen Publikation „Die periodische Gesetzmäßigkeit der Elemente“, die in den Annalen der Chemie und Pharmacie im gleichen Jahr in deutscher Übersetzung gedruckt wurde, formulierte Mendelejew schließlich den Grundsatz über die periodische Gesetzmäßigkeit chemischer Elemente: „Die Eigenschaften der Elemente (folglich auch der aus ihnen gebildeten einfachen und zusammengesetzten Körper) befinden sich in periodischer Abhängigkeit von deren Atomgewichten“.4) Diese, von Mendelejew als Naturgesetz erkannte Systematik chemischer Elemente blieb gültig für die nächsten 50 Jahre.<h2>Siegeszug – trotz anfänglicher Skepsis</h2>Außerhalb Russlands stieß das Periodensystem der Elemente zunächst auf Desinteresse oder gar auf Ablehnung. So behauptete der Physikochemiker Wilhelm Ostwald (1853 – 1932), es handele sich um kein Gesetz, sondern nur um ein Prinzip zur Klassifikation „von irgendetwas Unbestimmtem“. Selbst der Entdecker der Alkalimetalle Caesium und Rubidium, Robert Bunsen (1811 – 1899), bei dem Mendelejew 1860/61 mit einem Auslandsstipendium in Heidelberg geforscht hatte, schrieb, Mendelejew berausche die Chemiker „mit der erdachten Welt reinster Abstraktionen“. Und der Entdecker der Salicylsäuresynthese Hermann Kolbe (1818 – 1884) nannte das Mendelejewsche Periodensystem „reinste Spekulation.“5)Trotz dieser Skepsis propagierte Mendelejew sein System in Vorträgen und Vorlesungen. Das ordnende Prinzip im Reich der chemischen Elemente sei die „Periodizität“, so sein Credo. Diese Überzeugung ermutigte Mendelejew sogar – anders als etwa den anderen Vordenker des Periodensystems Lothar Meyer (1830 – 1895) – unbekannte Elemente vorauszusagen: Eka-Aluminium, Eka-Bor und Eka-Silicium. Mit der tatsächlichen Entdeckung dieser Elemente begann dann der Siegeszug des Mendelejewschen Periodensystems, sodass sein deutscher Konkurrent vor der Geschichte kaum noch Chancen auf Gleichbehandlung hatte.6)<h2>Die Lücken schließen sich</h2>Im Jahr 1875 fand der französische Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (1838–1912) Mendelejews Eka-Aluminium im Mineral Wurtzit. Er nannte das neue Element Gallium – nach Gallien, der lateinischen Bezeichnung Frankreichs. Im Elementnamen versteckt sich allerdings auch eine subtile Anspielung auf den Namen des Entdeckers. Das lateinische Wort Gallus bedeutet Hahn, und im Französischen heißt der gallische Hahn: le coq.Im Jahr 1879 entdeckte der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson (1840 – 1899) dann das Element Scandium. Nilson isolierte ein neues Oxid aus den Mineralen Euxenit und Gadolinit. Das darin verborgene neue Element benannte er zu Ehren seiner nordischen Heimat. Aber erst sein Landsmann Per Teodor Cleve (1840 – 1905) erkannte später, dass Scandium das von Mendelejew vorhergesagte Eka-Bor war. Cleve war auch der Entdecker der Lanthanoide Holmium und Thulium; außerdem identifizierte er das vermeintliche Element Didym als Mischung aus Praseodym und Neodym.Das ebenfalls von Mendelejew vorausgesagte Element Eka-Silicium wurde erst 15 Jahre nach seiner Prognose entdeckt. Am 6. Februar 1886 berichtete der deutsche Chemiker Clemens Winkler (1838–1904), dass er nach viermonatiger Arbeit aus dem Freiberger Mineral Argyrodit ein neues Element isoliert hatte. Aus Liebe zu seinem Vaterland nannte er es Germanium.Die von Mendelejew im Jahr 1871 prognostizierten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Eka-Silicium und dessen Verbindungen mit den tatsächlichen Eigenschaften des Germanium stimmten verblüffend gut überein (Tabelle oben). So sollte Eka-Silicium ein fester dunkelgrauer Stoff sein, eine Atommasse von 72 sowie ein Atomvolumen von zirka 13 cm3 und eine Dichte von 5,5 g·cm–3 haben sowie ein flüssiges Chlorid bilden – all dies bestätigte sich.<figure><img src="https://media.graphcms.com/Q3mQl4QTQXuYZOOS0CUX"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Vergleich ausgewählter Eigenschaften von Eka-Silicium (Prognosen am 28.11.1870) und Germanium (Befunde 1886). Für Clemens Winkler war dies „ein schlagender Beweis für die Richtigkeit der Lehre von der Periodizität der Elemente“. Auf dem Bild zu sehen sind Mendelejew (links) und Winkler während der Feierlichkeiten zum 200-jährigen Bestehen der Preußischen Akademie der Wissenschaften am 19. März 1900 in Berlin. Quelle: Archiv der TU Bergakademie Freiberg</figcaption></figure>
Daher resümierte Winkler anlässlich der Entdeckung des Germaniums: „… einen schlagenderen Beweis für die Richtigkeit der Lehre von der Periodizität der Elemente, als den, welchen die Verkörperung des bisher hypothetischen „Ekasiliziums“ in sich schließt, kann es kaum geben, … er bedeutet einen mächtigen Schritt ins Reich der Erkenntnis.“7)<h2>Das Edelgas-Problem</h2>Das Füllen der Lücken im Periodensystem überzeugte Wissenschaftler auf der ganzen Welt. Mendelejews Tabelle half nicht nur, chemische Elemente zu systematisieren, sondern war auch ein grafischer Ausdruck des grundlegenden Naturgesetzes, der Periodizität.Doch an der Schwelle zum 20. Jahrhundert schien das Mendelejewsche Periodensystem an seine Grenzen zu stoßen. Untersuchungen der Seltenen Erden sowie später von radioaktiven Substanzen brachten neue Elemente zum Vorschein, die schwierig ins Periodensystem einzuordnen waren. Außerdem rief die Entdeckung von Argon durch William Ramsay (1852 – 1916) und John Strutt Rayleigh (1842 – 1919) im Jahr 1894 die Kritiker des Periodensystems wieder auf den Plan.Die Existenz dieses Gases konnte Mendelejew zum Zeitpunkt der Entdeckung des Periodensystems noch nicht vermuten. Die dadurch entstandene Krise um das Periodensystem endete jedoch bald, als auch Helium, Krypton, Xenon und Neon isoliert wurden: Ramsay ordnete sie als „Nullte Gruppe“ ein. Mendelejew folgte ihm bei der Neuauflage seines Lehrbuchs „Grundlagen der Chemie“ im Jahr 1903. Er ergänzte in seinem Periodensystem diese Nullte Gruppe, und überschrieb sie mit „Inertgase“.<h2>Eine Erweiterung der chemischen Periodizität</h2>Als schwierig ins Periodensystem einzuordnen, erwiesen sich die neuentdeckten radioaktiven Elemente und die Elemente mit nahezu gleichen Eigenschaften und ähnlichen Atommassen.Mendelejew konnte die sich häufenden Abweichungen vom Periodizitätsgesetz nicht erklären und war skeptisch gegenüber der Theorie des radioaktiven Zerfalls. Denn nur wenige Chemiker konnten sich damals vorstellen, dass Atome auf chemischem oder physikalischem Wege zerlegbar seien und so Atome anderer Elemente entstehen könnten.Erst im Jahr 1913 gelang es, die Ursachen der Eigenschaftenperiodizität der Elemente widerspruchsfrei zu deuten. Henry Moseley (1887 – 1915) zeigte mit der Röntgenspektroskopie, dass zwischen der Wurzel der Frequenz der charakteristischen Röntgenstrahlung und der Ordnungszahl der Elemente eine lineare Beziehung existiert (Abbildung S. 11). Das Moseleysche Gesetz besagt, dass die Ordnungs- oder Kernladungszahl der Elemente die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem bestimmt – nicht die Atommasse. Auf dieser Basis sagte Moseley in der Tradition Mendelejews die Existenz von Elementen mit den Ordnungszahlen 43, 61 und 75 voraus. Auch er lag damit richtig: Diese Elemente sind heute bekannt als Technetium, Promethium und Rhenium.<figure><img src="https://media.graphcms.com/rFDwXFqTDCDasiBc7gUR"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Henry Moseley fand mit Hilfe der Röntgenspektroskopie heraus, dass nicht die Atommasse, sondern die Ordnungszahl der Elemente die richtige Reihenfolge der Elemente im Periodensystem bestimmt (Moseleysches Gesetz).</figcaption></figure>
Das von Mendelejew im Jahr 1871 formulierte Gesetz über die periodische Abhängigkeit der Eigenschaften chemischer Elemente von deren „Atomgewichten“ wurde somit neu gefasst: Die Eigenschaften der chemischen Elemente sowie Form und Eigenschaften der aus ihnen gebildeten einfachen Stoffe und Verbindungen hängen periodisch von deren Kernladungszahl ab.Die Stellung eines Elements im Periodensystem beruht damit auf seiner Elektronenanordnung. Das periodische Auftreten von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften liegt in der periodischen Wiederholung gleicher Elektronenkonfigurationen in den äußersten Atomschalen begründet, wie Niels Bohr (1885 – 1962) in seinen Arbeiten zum Atombau Anfang der 1920er Jahre zeigte. Mit der Entdeckung immer neuer Elemente und der Zusammenfügung zu einem Lanthanoidenblock nach Bohrs Vorschlag im Jahr 1921 sowie zu einem darunter liegenden Actinoidenblock nach einem Vorschlag Glenn T. Seaborgs (1912 – 1999) im Jahr 1945 war die physikalische Interpretation des Periodizitätsgesetzes vollendet.<h2>Nachruhm</h2>Schon zu Lebzeiten erhielt Mendelejew hohe Ehrungen: Er war Mitglied in 90 ausländischen Akademien der Wissenschaften, darunter der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin sowie der Royal Society. Trotz seines Ansehens im Ausland und obwohl Mendelejew Mitbegründer der Russischen Chemischen Gesellschaft war, wurde er allerdings nie Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften.Gemeinsam mit Lothar Meyer, dem deutschen Vordenker des Periodensystems, erhielt Mendelejew im Jahr 1882 die Davy-Medaille. Die höchste Auszeichnung für Wissenschaftler, der Nobelpreis, blieb ihm nach insgesamt dreifacher Nominierung – jeweils durch ausländische Wissenschaftler und nicht durch Landsleute – in den Jahren 1905, 1906 und 1907 verwehrt.Dafür ist Mendelejews Name im Periodensystem verewigt: Das im Jahr 1955 künstlich erzeugte Element mit der Ordnungszahl 101 wurde auf Vorschlag des Mitentdeckers Glenn T. Seaborg Mendelevium benannt und erhielt das Elementsymbol Md.<figure><img src="https://media.graphcms.com/r5WaSsxvRQG4dJcvb2gd"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Mendelevium ist ein künstlich erzeugtes, radioaktives Element mit dem Elementsymbol Md und der Ordnungszahl 101.</figcaption></figure>
Die jüngsten Zugänge im Periodensystem, die Elemente 113, 115, 117 und 118, komplettieren die siebte Periode. Bis zur offiziellen Anerkennung trugen sie die Platzhalternamen Ununtrium, Ununpentium, Ununseptium und Ununoctium. Seit November 2016 heißen sie Nihonium (Nh), Moscovium (Mc), Tenness (Ts) und Oganesson (Og).8)Schon im Jahr 1905 hatte Mendelejew weitsichtig prognostiziert: „Offenbar droht dem Periodizitätsgesetz zukünftig keine Zerstörung, sondern [es] verspricht nur Ausbau und Weiterentwicklung . . . .“9) BB<figure><img src="https://media.graphcms.com/6FuM1DviQg2MSK0JHPV0"><figcaption><label>Abb. 6: </label>Blumen-Periodensystem aus dem Jahr 2009. Die Elemente sind nach aufsteigender Ordnungszahl als aufgewickeltes Band dargestellt. Die Nebengruppenelemente sowie die Actinoide und die Lanthanoide bilden jeweils eine Schleife neben den Hauptgruppenelementen. Foto: Olga Timochova</figcaption></figure>
<h2>Der Autor</h2>Wladimir Reschetilowski, Jahrgang 1950, war Professor für technische Chemie an der TU Dresden und ist Chemiehistoriker. Den Weg zur Entwicklung des Periodensystems beschrieb er in Nachr. Chem. 2019, 67(6), 8. Für wertvolle Hinweise dankt der Autor Renate Kießling.<div><img src="https://media.graphcms.com/RsbWxWpLSR26loAIpMHr">

</div><a href="mailto:wladimir.reschetilowski@tu-dresden.de">wladimir.reschetilowski@tu-dresden.de</a><figure><img src="https://media.graphcms.com/P4dO2oEwQ3aemBxLF8J4"><figcaption><label>Abb. 7: </label>Bronzedenkmal Dmitri Mendelejews (im Jahr 1932 erstellt von Ilja Ginzburg) und darüber sein Periodensystem der Elemente. Das Periodensystem ziert die Hausfassade des Moskowski Prospekt 19, St. Petersburg, den letzten Wohnsitz Mendelejews von 1893 bis 1907. Foto: natros – <a href="https://stock.adobe.com" target="_blank">stock.adobe.com</a></figcaption></figure>

<ul><li>
1 D. Mendelejew, Ueber die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente, Zeitschrift für Chemie 1869, 12, 405–406</li><li>
2 D.I. Mendelejew, Das natürliche System der Elemente und seine Anwendung zur Vorhersage der Eigenschaften einiger Elemente, J. Russ. Chem. Gesell. 1871, 3, 25–56 (in russischer Sprache)</li><li>
3 K. Danzer, Dmitri I. Mendelejew und Lothar Meyer, BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, 1974, S. 44</li><li>
4 D. Mendelejew, Die periodische Gesetzmäßigkeit der chemischen Elemente, Annalen der Chemie und Pharmacie, Supplement 8, 1871, 133–229.</li><li>
5 Mendelejew und das Periodische Gesetz, <a href="http://www.alhimik.ru/read/mend01.html" target="_blank">http://www.alhimik.ru/read/mend01.html</a> (in russischer Sprache, aufgerufen am 25.5.2019)</li><li>
6 U. v. Rauchhaupt, Ein Darwin der Chemie, Frankfurter Allg. Sonntagszeitung, 6. Januar 2019, S. 51–54</li><li>
7 siehe Lit. 3), S. 47</li><li>
8 Mendeleev to Oganesson – A Multidisciplinary Perspective on the Periodic Table [Hrsg.: E. Scerri, G. Restrepo], Oxford University Press, 2018</li><li>
9 Tagebucheintrag am 10. Juli 1905, Mendelejew-Archiv, Band I, S.34–35</li></ul>

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Vor 50 Jahren in den Blauen Blättern: Juli 1969

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