Periodengesetz von D. I. Mendelejew

Hintergrund und Wesen des Gesetzes

Bis Mitte des 19. Jahrhunderts wussten Wissenschaftler von der Existenz von 62 chemischen Elementen. Chemiker versuchten, diese auf Basis empirischer Daten zu gruppieren, jedoch existierte keine einheitliche Klassifizierung. Niemand wusste, wie viele Elemente noch zu entdecken waren. Dmitri Iwanowitsch Mendelejew war der Einzige, der die feste Überzeugung vertrat, dass es ein einheitliches Gesetz geben müsse, das ausnahmslos alle Elemente miteinander verbindet.

Im Jahr 1869 ordnete Mendelejew die Elemente nach zunehmender Atommasse (damals wurde der Begriff „Atomgewicht“ verwendet) in einer Reihe an. Er entdeckte eine fundamentale Gesetzmäßigkeit: Das Auftreten von Substanzen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften erfolgte zyklisch. Ursprünglich wurden Wiederholungen nach 7 und 17 Elementen beobachtet, doch später, mit der Entdeckung der Edelgase, vergrößerten sich diese Reihen auf 8 und 18.

Dies bewies, dass die Elemente keine bloße zufällige Ansammlung von Substanzen sind, sondern ein geordnetes System, das aus denselben, noch elementareren Teilchen aufgebaut ist.

Die Architektur des Periodensystems

Der grafische Ausdruck des Gesetzes wurde zu einer Tabelle, in der die entstandene kontinuierliche Reihe von Elementen in Abschnitte – Perioden – unterteilt und untereinander angeordnet ist.

• Kleine Perioden (1–3): Enthalten bis zu 8 Elemente. Sie beginnen mit einem aktiven Alkalimetall (z. B. Lithium) und enden mit einem inerten Edelgas. In ihnen vollzieht sich der Wandel der Eigenschaften von metallisch zu nichtmetallisch am schnellsten und ausgeprägtesten.
• Große Perioden (4–5): Umfassen jeweils 18 Felder. Ihr Merkmal ist das Vorhandensein von 10 zusätzlichen Übergangsmetallen (Einschub von Scandium bis Zink, von Yttrium bis Cadmium), die sich zwischen die Hauptgruppenelemente schieben.
• Sehr lange Perioden (6–7): Enthalten jeweils 32 Elemente. Neben den Übergangsmetallen treten in ihnen Gruppen von 14 analogen Elementen auf – Lanthanoide und Actinoide. Ihre chemischen Eigenschaften sind einander so ähnlich, dass sie in der Tabelle gewöhnlich in einen separaten Block ausgelagert werden.

Vertikale Spalten werden als Gruppen bezeichnet. Ihre Nummer ist streng an die Formel des höchsten Oxids des Elements geknüpft (von $R^2O$ in Gruppe I bis $RO^4$ in Gruppe VIII). Die Hauptgruppen (A) umfassen die Elemente der kleinen Perioden und deren Analoga. Die Nebengruppen (B) bestehen ausschließlich aus Übergangsmetallen.

Fehlerkorrektur und wissenschaftlicher Triumph

Im 19. Jahrhundert gab es keine Gasmethoden zur präzisen Messung der Massen von Metallen. Das Gewicht wurde über das chemische Äquivalent (Reaktion mit 8 Teilen Sauerstoff) und die vermutete Wertigkeit berechnet. Jeder Fehler in der Wertigkeit führte zu einer vervielfachten Verzerrung der Masse.

Bei der Erstellung der Tabelle bemerkte Mendelejew, dass einige Elemente nicht in die Logik des Gesetzes passten. Anstatt das Gesetz zu ändern, vermutete er, dass die Atommasssen dieser Substanzen falsch gemessen worden waren.

1. Uran (U): Es galt als dreiwertig mit einer Masse von 120. Mendelejew bewies, dass Uran sechswertig ist, ordnete es in Gruppe VI zu Chrom und Wolfram ein und verdoppelte seine Masse auf 240. Uran wurde damit zum schwersten damals bekannten Element.
2. Beryllium (Be): Wegen seiner Ähnlichkeit zu Aluminium wurde es für dreiwertig gehalten (Masse 13,5). Der Wissenschaftler verschob es in Gruppe II, wodurch er Wertigkeit und Gewicht korrigierte.

Der Haupttriumph war die prognostische Funktion. In den ersten vier Perioden ließ Mendelejew leere Felder und setzte Striche mit Fragezeichen. Er sagte die Eigenschaften der noch unsichtbaren Metalle detailliert voraus: Eka-Bor, Eka-Aluminium und Eka-Silizium.

Bereits 1875 entdeckte der französische Chemiker P. Lecoq de Boisbaudran das Element Nr. 31, dessen Eigenschaften perfekt mit denen des Eka-Aluminiums übereinstimmten. Das neue Metall wurde nach lat. Gallia (Frankreich) Gallium genannt. Innerhalb der nächsten 15 Jahre wurden die vorhergesagten Elemente Scandium und Germanium entdeckt, was zur uneingeschränkten Anerkennung des Periodengesetzes führte.

Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen

Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt

• Bildung höherer Oxide und deren Formeln nach Gruppen (von $R^2O$ bis $RO^4$)
• Das Konzept des chemischen Äquivalents und die Schwierigkeiten bei der Berechnung von Atommassen im 19. Jahrhundert
• Die Abtrennung von Metalltriaden (z. B. Fe-Co-Ni) in eine separate VIII. Gruppe
• Regelmäßigkeiten bei der Veränderung der chemischen Aktivität von Halogenen und Alkalimetallen
• Struktur und Eigenschaften der Elemente der Lanthanoide und Actinoide
• Transurane und die Grenzen der Stabilität von Atomkernen

Weitere Themen des Kapitels „Kapitel 5. Aufbau der Materie“

Das Material wurde von Dozenten von WhiteCoat Pro nach dem Lehrplan medizinischer Hochschulen erstellt. Es hat Bildungscharakter.