Am 29. Januar 2019 eröffnet die UNESCO das
Internationale Jahr des Periodensystems, dessen erste Publikation sich
nun zum 150. Mal jährt. Die typische Darstellungsform der chemischen
Elemente ist vielen aus dem Schulunterricht bekannt: Das System
„sortiert“ Elemente nach ihren chemischen Eigenschaften in Gruppen. Nur
so lassen sich chemische Reaktionen kalkulieren – ohne diese Grundlage
gäbe es heute keine systematische Chemie und Materialforschung.

Als einer der Väter des Periodensystems der
Elemente, kurz PSE, gilt Lothar Meyer, der von 1868 bis 1877 an einer
der Vorgängerinstitutionen des KIT, dem Polytechnikum Karlsruhe,
forschte.

Bis heute ist das PSE aus den Naturwissenschaften
nicht wegzudenken. „Die Erklärung des Aufbaus des Periodensystems und
damit verbunden des Aufbaus von Atomen war ein wichtiges Ziel der
Quantenphysiker“, erläutert der Chemiker Professor Manfred Kappes vom
KIT. „Das Periodensystem hat maßgeblich zur Entwicklung der
Quantenmechanik beigetragen und dieser theoretische Ansatz wird
heutzutage auch in der Materialforschung genutzt.“ Denn mit der
Quantenmechanik lassen sich die elektronischen Strukturen von Atomen und
Molekülen detailliert beschreiben und die Auswirkungen auf ihre
physikalischen Eigenschaften und chemische Reaktionsfähigkeit
modellieren. Diese Berechnungen sind die Arbeitsgrundlage der
Materialwissenschaftler. 

„Das Periodensystem, das viele von uns kennen,
organisiert und sortiert die chemischen Elemente nach ihren
Eigenschaften“, erklärt der Chemiker und Materialforscher Manfred
Wilhelm vom KIT. „Daraus lässt sich ablesen, wie und ob die Elemente mit
anderen Elementen reagieren, um so eine Vielzahl an neuen Molekülen und
Verbindungen zu erzeugen.“ Das PSE ist somit das Rüstzeug, um die
Zusammenhänge bei chemischen Reaktionen zu verstehen und ist in der
Materialforschung essenziell.   

Im Jahr 1869 erstellten – unabhängig voneinander –
der russische Chemiker Dimitri Mendelejew und der Deutsche Lothar Meyer
das PSE als Ordnungssystem für damals bekannte Elemente.

„Die Aufstellung des Systems war eine Leistung, die
auf der Bildung eines einheitlichen Atombegriffs und einer
einheitlichen Nomenklatur der chemischen Elemente aufbaute“, erläutert
Dr. Klaus Nippert, Leiter des KIT-Archivs. „In diesen Punkten war die
Fachwelt um die Mitte des 19. Jahrhunderts noch nicht zu allgemein
anerkannten Übereinkünften gelangt“. Aus diesem Grund fand 1860 in
Karlsruhe der erste internationale Chemikerkongress statt, an dem auch
Lothar Meyer teilnahm. Einen ersten Entwurf des Periodensystems
veröffentlichte er bereits 1864, im Jahr 1868 übernahm er den Lehrstuhl
für Chemie in Karlsruhe.

Jüngste Ergänzung im Periodensystem ist das Element
Oganesson mit einer Ordnungszahl von 118 und einer Halbwertszeit von
0,89 Millisekunden. Das PSE wächst stetig, neue Elemente werden an
Schwerionenbeschleunigern entdeckt. Das Element mit der Ordnungszahl 1
ist übrigens – für alle, die sich nicht mehr an der Chemieunterricht
erinnern – der Wasserstoff.