Chemie 11 – Die Entdeckung des Periodensystems

In diesem Kapitel erfahrt ihr, wie man das Periodensystem entdeckt hat. Es war ein sehr langer Prozess, der bereits im alten Griechenland begann. Es entstanden – zunächst unabhängig voneinander zwei Ideen ….

Historischer Abriss:

Die alten Griechen

… waren auf der Suche nach dem Ursprung aller Dinge. Dabei machten Sie keine Versuche, sondern verließen sich ausschließlich auf die Kraft ihres Denkens.

Idee Nr. 1: Empedokles (495-435 v.Chr)

Es treten Gegensatzpaare auf:

• Erde – Luft
• Wasser – Feuer

aber auch die Eigenschaften

• trocken – feucht
• warm – kalt

Jedem der vier Elemente können 2 dieser Eigenschaften zugewiesen werden.

Versuche herauszufinden, welche zwei Eigenschaften zu den einzelnen Elemente gehören !

Idee Nr. 2: Demokrit (460-370 v.Chr.)

Wenn ich einen Holzstock immer wieder teile, kann ich das unendlich oft wiederholen, oder ist irgendwann einmal Schluss ?

Er glaubte daran, dass es kleinste, unteilbare Teilchen gäbe, die nicht mehr teilbar wären. Diese nannte er atomos (griech.) = unteilbar.

Zu seiner Zeit stand er mit seiner Idee ziemlich alleine da. die meisten seiner Zeitgenossen dachten die Materie sei ein Kontinuum (unendlich teilbar).

Robert Boyle (1627-1692)

Die oben genannten Substanzen (Feuer, Wasser, Luft und Erde) können nicht die Elemente (im Sinn der Grundbausteine aller Substanzen) sein. So kann man Wasser beispielsweise zerlegen und es entsteht Wasserstoff und Sauerstoff. In mühseliger Kleinarbeit wurden im Laufe der Zeit aus einer Vielzahl von Substanzen die Elemente identifiziert.

Heute kennt man mehr als 100 Elemente. Das leichteste davon ist der Wasserstoff.

Antoine de Lavoisier (1743-1794)

… gilt als der Begründer der modernen Chemie. Er hat in seinem Privatlaboratorium viele Entdeckungen gemacht. So widerlegte er z.B. durch die Entdeckung, dass bei der Verbrennung Sauerstoff verbraucht wird, die bis da hin gültige Phlogistontheorie.

In diesem Zusammenhang ist die Erkenntnis der Massenerhaltung wesentlich. Sie besagt, dass bei einer chemischen Reaktion die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe (Edukte) immer dieselbe ist, wie die Gesamtmasse der Produkte.

Das heißt konkret: Bei einer chemischen Reaktion geht nichts verloren und es kommt auch nichts hinzu. Dies war zunächst nicht immer leicht einzusehen, wie das folgendes Beispiel zeigt: Beim Glühen von Holzkohle in reiner Sauerstoffatmosphäre kann man die Holzkohle ganz zum Verschwinden bringen. Man muss jedoch die an der Reaktion beteiligten Gase (Sauerstoff und Kohlendioxid) bei der Berechnung mit berücksichtigen.

Joseph-Louis Proust (1754-1826)

…entdeckte das Gesetz der konstanten Proportionen (Verhältnisse). Näheres erfährst du in den Meilensteinen (siehe unten) !

John Dalton (1766-1844)

… entdeckte das Gesetz der multiplen Proportionen.

Dieses brachte ihn – zusammen mit der Kenntnis der anderen Gesetze – auf einen wesentlichen Gedanken: seine Atomhypothese.

Er ging dabei von folgenden Grundannahmen aus:

1. Jedes Element ist aus kleinsten, nicht mehr weiter teilbaren Teilchen, den Atomen, aufgebaut.
2. Alle Atome eines Elements haben die gleiche Masse und das gleiche Volumen besitzen.
3. Jedes Element hat seine eigene Atomsorte.
4. In einem chemischen Vorgang werde Atome weder erzeugt noch vernichtet.
5. Bei einer chemischen Reaktion werden die Atome neu angeordnet. Dies geschieht in einem bestimmten Zahlenverhältnis.
6. Die kleinsten Teilchen einer chemischen Verbindung nannte er Moleküle. Dabei sind die beteiligten Atome irgendwie fester verbunden, wie bei einem einfachen Gemenge.

Für die einzelnen Atomsorten verwendete Dalton Symbole. Heute werden Buchstaben (max. 2) verwendet, die zumeist auf die lateinischen Bezeichnungen der Stoffe zurückgehen. So steht beispielsweise C für Kohlenstoff (carbo) und Fe für Eisen (ferrum).

John Dalton verband zwei Ideen, die ursprünglich unabhängig voneinander im alten Griechenland entstanden sind (die Idee der Elementen und die Idee der Atome), Er konnte damit bis da hin ungeklärte Fragen beantworten.

Zeichne in deinen Gedanken den Weg der Forscher noch einmal nach und beobachte, welche Veränderungen die beiden ursprünglichen Idee dabei bekamen!

Dimitri Mendelejew (1834-1907) und Lothar Meyer (1830-1895)

Ähnliche Eigenschaften der Elemente wiederholen sich. Allerdings ist der Rhythmus nicht sofort erkennbar. Mendelejew und Meyer entdecken ihn unabhängig voneinander und ordneten die Elemente neu an:

• Die Elemente sind nach ihrem Atomgewicht aufsteigend geordnet
• Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen untereinander.

Sie erfanden das Grundwerkzeug der modernen Chemie: Das Periodensystem der Elemente (PSE).

Abblindungsverzeichnis

• Abb. 1 – Die vier Elemente, PS2801 (Transfered by PS2801), Public domain, via Wikimedia Commons
• Abb. 2 – Demokrit, Odysses, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons
• Abb. 3 – Robert Boyle, User Magnus Manske on en.wikipedia, Public
• Abb. 4 – Lavoisier, See page for author, Public domain, via Wikimedia Commons
• Abb. 5 – Proust, The original uploader was Dr. Manuel at German Wikipedia., Public domain, via Wikimedia Commons
• Abb. 6 – Dalton, C. H. Geens (1827-1879). Scanned, image processed and uploaded by Kuebi = Armin Kübelbeck, Public domain, via Wikimedia Commons
• Abb. 7 – Mendelejew, See page for author, Public domain, via Wikimedia Commons
• Abb. 8 – Das Periodensystem der Elemente (PSE), Antonsusi, Public domain, via Wikimedia Commons