Die Elemente „auf den Kopf“ gestellt

Gibt es bald ein neues Periodensystem?

von Nur Ali (Q1)

Das Periodensystem ist nicht nur äußerst nützlich, sondern auch ein für Chemiker unersetzliches Hilfsmittel, um mit den Elementen und ihren chemischen sowie physikalischen Eigenschaften effizient und gezielt arbeiten zu können. Seit ca. 150 Jahren nutzen wir an Schulen, Hochschulen, Universitäten und in Forschungseinrichtungen dieselbe, unübertroffene tabellarische Anordnung der Elemente, die vom russischen Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejew erstellt und 1871 veröffentlicht wurde. Doch wer war Mendelejew  genau und wie sah sein Werdegang aus?

Quelle: Wikipedia

Mendelejew wurde am 08.02.1834 als 17. Sohn eines Gymnasialdirektors in Tobolsk (Russland) geboren. Im selben Jahr erblindete sein Vater. Um die Familie über Wasser zu halten, betrieb Mendelejews Mutter eine Glasfabrik, welche 20 Meilen von Tobolsk entfernt lag. In der Schule war Mendelejew in Mathemathik, Physik und Erdkunde besonders herausragend. Jedoch fielen seine Noten in sprachlichen Fächern sehr schlecht aus. Anschließend traten zwei Tragödien in seinem Leben. Als Erstes starb sein Vater im Jahr 1847, und zur selben Zeit brannte auch noch die Glasfabrik der Mutter ab. Um die Zukunft ihrer Kinder zu sichern, beschloss die Mutter mit ihren zwei noch im Haus lebenden Kindern (Mendelejew und seine Schwester) nach Moskau zu ziehen und dort für ihren Sohn eine Universität zu finden. Doch aufgrund der gesetzlich eingeschränkten Zulassung, welche vom Herkunftsort abhängig ist, wollte keine Universität Mendelejew aufnehmen. Letztendlich schaffte es die Mutter, 10 Wochen vor ihrem Tod, ihrem Sohn einen Platz in einem pädagogischen Institut zu besorgen. Ab diesem Zeitpunkt verbesserte sich sein Leben enorm und er erzielte viele Erfolge. 1855 wurde er Lehrer und gewann eine Goldmedaille für seine Studienleistungen. Aus gesundheitlichen Gründen setzte er sein Chemiestudium in Odessa an der Krim fort. 1856 ging er nach St. Petersburg, um einen fortgeschrittenen Abschluss in Chemie zu machen. Seine dortigen Erkenntnisse waren so beachtlich, dass die Regierung ihn für weitere Studien an die Universität Heidelberg versetzte. Dort begannen seine Studien über die molekularen Zusammenhänge. Zu seinem Glück nahm er auch an der Karlsruhe Konferenz 1860 teil, bei deren Besuch er viele bekannte, französische Chemiker kennen lernte. Besonders der berühmte italienische Chemiker Stanislao Cannizzaro, welcher auf die Unterscheidung von Molekular- und Atomgewicht beharrte, prägte den Russen stark. 1861 kehrte Mendelejew wieder nach St. Petersburg zurück. Da er keine feste Stelle besaß, beschloss er, sich mit dem Schreiben wissenschaftlicher Artikel und Werke zu befassen.

1864 wurde er Chemieprofessor am technologischen Institut und drei Jahre später nahm er die Stelle als Chemieprofessor an der Universität St. Peterburg an. Ein weiteres Lebenswerk stellt sein Buch Die Prinzipien der Chemie. Die Formulierung der periodischen Regel“(1868-70) dar. Er starb am 02.02.1907 in St. Petersburg. (vgl. The New Encyclopaedia Britannica, Volume 8, Micropaedia Ready Reference, 15th Edition, Chicago, London, 2003, S.5f).

Das Periodensystem gliedert sich vor allem nach der Atommasse und den Eigenschaften der Elemente. Hier wurden die damals 63 bekannten Elemente in sieben Gruppen unterteilt. Mithilfe des Periodensystems der Elemente (PSE) konnte Mendelejew 1871 die Eigenschaften dreier noch unbekannter Elemente voraussagen. Dabei handelte es sich um die Elemente Gallium, Scandium und Germanium. Wenige Jahre später wurde die Richtigkeit seiner Thesen bezüglich der erwähnten Elemente bestätigt, was die Naturwissenschaftler von der strukturellen Effizienz dieses Systems überzeugte (https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Dmitri_Iwanowitsch_Mendelejew).

Doch auch dieses lang bewährte System soll Schwachpunkte haben, die es zu ändern gilt. Im PSE nimmt die Atommasse von oben nach unten zu, genau wie die Größe der Atome und die Atomnummer. Dies soll es schwieriger machen, bestimmte Aspekte in Bezug auf die Elemente verständlich auszudrücken, wie beispielsweise die Reihenfolge der Besetzung von Elektronenhüllen. In vielen anderen tabellarischen Visualisierungen werden Werte von unten nach oben steigend angeordnet. Nur beim PSE ist es genau anders herum. Nach der Psychologin Ellen Poliakoff von der University of Manchester und ihrem Ehemann, dem Chemiker Martyn Poliakoff von der University of Nottingham soll genau das geändert werden. In Nature Chemistry erläutern die beiden in einem am 08.04.2019 veröffentlichten Artikel, dass dies notwendig sei, um das PSE und die Beziehungen unter den Elementen besser zu verstehen und neu entdeckte oder synthetisierte Elemente einfacher einordnen zu können.

In einem Zitat aus dem oben erwähnten Journal heißt es: “But we believe that many professional chemists still need to look carefully to check which group most of the new elements belong to. Here we suggest that many of the difficulties described above could be avoided by rotating the periodic table by 180° about a horizontal axis. This puts the light elements at the bottom and the heavy ones at the top.” In deutscher Übersetzung: „Wir sind jedoch der Ansicht, dass viele professionelle Chemiker immer noch sorgfältig prüfen müssen, zu welcher Gruppe die meisten neuen Elemente gehören. Hier schlagen wir vor, dass viele der oben beschriebenen Schwierigkeiten durch Drehen des Periodensystems um 180° um eine horizontale Achse vermieden werden könnten. So würden die schweren Elemente unten im PSE stehen und die leichten Elemente oben“ (https://www.nature.com/articles/s41557-019-0253-6).

Vor allem aus psychologischer Sicht habe eine Drehung des PSE um 180 Grad viele Vorteile. Menschen sollen eine höhere räumliche Position automatisch mit einer höheren Masse assoziieren, weshalb hier die Steigung der Masse von unten nach oben gut passen würde. Auch im Schulunterricht wären die leichten Elemente, die meist als Erstes behandelt werden, auf Augenhöhe mit den Schülerinnen und Schülern. Ein „neues“ PSE zu nutzen, welches die bereits erwähnten Veränderungen beinhalten würde, habe bei Kolleginnen und Kollegen überwiegend positive Resonanz gezeigt. Sicherlich können wir gespannt sein, ob sich diese Idee auch durchsetzen wird. Mit genügend wissenschaftlichen Fürsprechern dürfte das „neue“ PSE sicher gute Chancen haben, sich in zu etablieren (https://www.spektrum.de/news/ist-das-periodensystem-falsch-herum/1638422).

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