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Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik Die Ordnung der Elemente

Gold, Eisen, Neon und Kohlenstoff unterscheiden sich durch ihre chemischen Eigenschaften und ihr Gewicht. Damit wird auch ihr Platz im Periodensystem bestimmt. Diese Anordnung entdeckten zwei Forscher unabhängig voneinander.

Stand: 05.10.2011

Aufzeichnungen - Ausschnitt Periodensystem errechnen | Bild: BR

Der russische Chemiker Dimitrij Mendelejew und der deutsche Naturforscher Lothar Meyer entdeckten unabhängig voneinander, dass sich chemische Eigenschaften von Elementen, die in einer Reihe nach aufsteigendem Atomgewicht angeordnet sind, in bestimmten Abständen wiederholen. Dimitrij Mendelejew ordnete Kärtchen mit benachbarten Atomgewichten nebeneinander und Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften übereinander und erkannte so, dass sich diese chemischen Eigenschaften periodisch wiederholen. In seinem System befanden sich auch Lücken, da damals noch lange nicht alle Elemente entdeckt waren. Er konnte aber durch die Lage der Lücke das Atomgewicht und auch die chemischen Eigenschaften vieler noch unentdeckter Elemente voraus sagen. 1886 entdeckte Clemens Winkler das Element Germanium, es entsprach in seinen Eigenschaften dem von Mendelejew vorausgesagten "Eka-Silizium" und bestätigte zusammen mit anderen in dieser Zeit entdeckten Elementen Mendelejews Hypothesen.

Die Kernladungszahl

Als die Physiker erkannten, dass die Periodizität der chemischen Eigenschaften durch die Anordnung der Elektronen in der Atomhülle begründet ist, konnten Widersprüche zwischen den chemischen Eigenschaften von Elementen und ihrer Stellung im Periodensystem nach dem Atomgewicht erklärt werden: Maßgebend für die Stellung ist nicht das Atomgewicht (das auch von der Zahl der Neutronen im Atomkern abhängt) sondern die Zahl der Protonen im Atomkern, die Kernladungszahl.

Ende der 1930er Jahre waren alle natürlichen chemischen Elemente gefunden, vom leichtesten Element, dem Wasserstoff, bis zum schwersten, dem Schwermetall Uran. Außerdem hatte man erkannt, dass nicht alle Elemente unveränderlich sind, wie man es vermutet hatte, sondern durch radioaktiven Zerfall in andere Elemente verwandelt werden, die im Periodensystem benachbart sind und sich nur durch die Differenz in der Kernladungszahl unterscheiden, die der Ladung des ausgeschleuderten Teilchens entspricht. Durch Beschuss mit Neutronen konnte man ferner Elemente erzeugen, die eine größere Ordnungszahl als Uran besitzen. Sie sind alle radioaktiv und zerfallen wieder in leichtere Elemente. Durch Neutronenbeschuss konnten Urankerne aber auch zum Platzen gebracht werden, so dass zwei neue Elemente entstanden, die jeweils etwa die Hälfte der Kernladungszahl 92 des Urans haben. Bei diesem Prozess wird Energie frei, die Grundlage für den Bau von Kernwaffen und auch von Kernreaktoren.

Kernwaffenversuche

Eines der künstlichen Elemente jenseits des Uran, das Isotop Plutonium 239, ließ sich noch leichter spalten als Uran. Es wurde in den USA im 2. Weltkrieg in speziellen Kernreaktoren durch Beschuss von Uran mit Neutronen erzeugt und diente als Energiequelle für die zweite im Krieg eingesetzte Kernwaffe, die Bombe von Nagasaki. In den Rückständen von Kernwaffenversuchen entdeckten die Forscher in den 1950er Jahren neue Elemente jenseits des Uran: Einsteinium und Fermium. Inzwischen werden künstliche Elemente mit friedlicheren Mitteln erzeugt, durch den Beschuss von Materie mit Ionen, also geladenen Atomen. In den Beschleunigern der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt wurde so in den letzten Jahren ein halbes Dutzend neuer Elemente entdeckt.


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