Baustein 2: Die Ordnung der Elemente
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Baustein 2: Die Ordnung der Elemente
John Dalton war 1808 einer der ersten Wissenschaftler, der einen Versuch unternahm, die damals bekannten Elemente zu ordnen. Als Ausgangspunkt seiner Ordnung der Elemente diente ihm die Atommasse. Die folgende Tabelle aus einer Übersetzung seiner Arbeit „A New System of Chemical Philosophy“ stellt die Elemente und Atommassen dar.
Die Namen der Elemente unterscheiden sich zum Teil noch von ihren heutigen Bezeichnungen. Vergleicht man die Atommassen mit den genauen Werten, zeigen sich auch hier deutliche Abweichungen. Doch Dalton machte mit dieser Aufstellung den Anfang für ein Ordnungssystem der Elemente.
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts waren etwa 28 Elemente bekannt, im Laufe des 19. Jahrhunderts wurden viele weitere Elemente entdeckt, ihre Atommassen bestimmt und weitere Eigenschaften charakterisiert, sodass ihre Anzahl am Ende des Jahrhunderts auf 84 angewachsen war.
Die immer länger werdende Liste der Elemente in dieser Zeitspanne führte dazu, dass verschiedene Wissenschaftler Versuche unternahmen und unterschiedliche Systeme zur Anordnung der Elemente entwickelten, um ein sinnvolles und übersichtliches Ordnungssystem zu schaffen.
Aufgabe
Mithilfe der 34 Elementkarten sollst du Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Trends in den Eigenschaften der Elemente ermitteln und anhand dieser Informationen selbst ein solches Ordnungssystem entwickeln.
Aufgabe
Lies den Abschnitt "Historische Entwicklung eines Ordnungssystems" und vergleiche das von dir entwickelte Ordnungssystem mit den historischen Varianten, die du in diesem Abschnitt findest.
Vergleichspunkte könnten sein:
- Atommassen
- Anzahl der Elemente
- Anzahl der Gruppen
- Horizontale und vertikale Aufteilung
Historische Entwicklung eines Ordnungssystems
Im einleitenden Text wurde bereits erwähnt, dass im Laufe des 19. Jahrhunderts eine Vielzahl von chemischen Elementen entdeckt wurde. Die folgende Übersicht lässt erahnen, wie schnell die Anzahl an Elementen stieg.
| bis zum Jahre 1700 | 13 Elemente |
| am Ende des 18. Jahrhunderts | 28 Elemente |
| bis zum Jahre 1850 | 59 Elemente |
| am Ende des 19. Jahrhunderts | 84 Elemente |
Die Entwicklung eines Ordnungssystems der Elemente schien aufgrund der Vielzahl an Elementen notwendig, um eine systemische Übersicht nutzen zu können. Die immer genauer werdenden Atommassen und die bekannten chemischen Ähnlichkeiten einiger Elemente boten Ansatzpunkte zur Erstellung einer solchen Übersicht.
Besonders zwei Chemiker ragten in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts heraus: Der Deutsche Julius Lothar Meyer und der Russe Dimitrij Iwanowitsch Mendelejew. Sie erarbeiteten unabhängig voneinander ein Ordnungssystem der Elemente, welches auf chemisch ähnlichem Verhalten, ansteigenden Atommassen und periodischen Gesetzmäßigkeiten derselben beruhte.
Mendelejew veröffentlichte 1869 seine erste Version des Periodensystems. Daraufhin, im Jahre 1870, veröffentlichte auch Meyer sein eigenes System, welches er 1868 entworfen hatte. Beide Wissenschaftler prägten also ihre Arbeit gegenseitig, denn Mendelejew überarbeitete daraufhin sein System und veröffentlichte 1871 eine neue Version seines Periodensystems der Elemente.
Mendelejews größte Leistung im Hinblick auf die periodischen Eigenschaften der Elemente ist, dass er in seinem System Lücken ließ. Diese Lücken ließen Platz für noch zu entdeckende Elemente, deren Eigenschaften (Atommasse, Dichte, chemisches Verhalten, u.a.) Mendelejew mithilfe seines Systems vorhersagen konnte.
Im Laufe der nächsten 15 Jahre wurden diese drei Elemente: Scandium, Gallium und Germanium tatsächlich entdeckt und die von Mendelejew gemachten Vorhersagen zu ihren Eigenschaften waren nahezu perfekt.
Die folgenden Abbildungen zeigen dir die Ordnungssysteme von Mendelejew und Meyer.
Die Edelgase
Du hast bei dem Vergleich deines eigenen Ordnungssystems mit denen von Mendelejew und Meyer sicher festgestellt, dass du eine ganze Gruppe von Elementen mit in dein System aufgenommen hast, welche die beiden Wissenschaftler nicht in ihr System integriert haben: die Edelgase (Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon).
Diese Gase wurden in den Jahren 1868 bis 1900 entdeckt und als Elemente erkannt.
Sie fügten sich als ganz neue Gruppe perfekt in das von Mendelejew und Meyer aufgestellte Ordnungssystem ein. Spätestens ab diesem Zeitpunkt war das Periodensystem als Modell zur Ordnung der Elemente in den Naturwissenschaften anerkannt.
Das Periodensystem heute
Heute (Stand 2015) umfasst das Periodensystem 118 Elemente in 18 vertikalen Gruppen und 7 horizontalen Perioden. Die Systematik und Vorhersagekraft, die Mendelejew und Meyer 146 Jahre vorher entwickelten, bleibt bis heute bestehen.
Die folgende Abbildung zeigt das aktuelle Periodensystem der Elemente:
