Dmitri Mendelejew und das Periodensystem von 1869

Wer war Dmitri Mendelejew?

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew wurde 1834 in Tobolsk in Sibirien als jüngstes Kind einer großen Familie geboren. Er studierte in Sankt Petersburg, forschte in Heidelberg in Deutschland und nahm 1860 am Karlsruher Kongress teil, auf dem Chemiker darüber debattierten, wie sich Atomgewichte zuverlässig messen lassen. Ende der 1860er-Jahre war er Professor für Chemie an der Universität Sankt Petersburg.

Ein Lehrbuchproblem

Ende der 1860er-Jahre schrieb Mendelejew ein neues Lehrbuch, die „Grundlagen der Chemie“. Er brauchte eine logische Reihenfolge, in der er die Elemente darstellen konnte, von denen etwas mehr als 60 bekannt waren. Er sammelte ihre Atomgewichte und chemischen Eigenschaften, etwa die Formeln ihrer Oxide und die Zahl der Wasserstoff- oder Chloratome, mit denen sie sich verbinden, und suchte nach einem Muster, das sie alle verknüpfen würde.

Wie er die Tabelle aufbaute

Anfang 1869 ordnete Mendelejew die Elemente nach steigendem Atomgewicht und erkannte, dass ähnliche Eigenschaften in regelmäßigen Abständen wiederkehrten. Er legte die Elemente in einem Raster aus, sodass Familien wie die Alkalimetalle und die Halogene in einer Reihe lagen. Seine Arbeit wurde im März 1869 der Russischen Chemischen Gesellschaft vorgestellt, vorgetragen in seinem Namen von seinem Kollegen Nikolai Menschutkin, und bald erschien eine Zusammenfassung auf Deutsch, die die Idee in ganz Europa verbreitete.

Mendelejew formulierte das, was er das Periodengesetz nannte: Die Eigenschaften der Elemente hängen periodisch von ihren Atomgewichten ab. Bis 1871 hatte er eine verbesserte Tabelle veröffentlicht, in der die Familien in acht senkrechten Gruppen angeordnet waren, ein Aufbau, der dem heutigen viel näher kommt.

Chemie vor Gewichtsreihenfolge

Mendelejew vertraute dem chemischen Verhalten mehr als den Zahlen. Wo die strenge Gewichtsreihenfolge ein Element in die falsche Familie gesetzt hätte, verschob er es: Er stellte Tellur vor das etwas leichtere Iod, damit Iod sich zu den anderen Halogenen gesellen konnte. Außerdem bestand er darauf, dass mehrere anerkannte Atomgewichte schlicht falsch waren. Den Wert für Uran verdoppelte er von etwa 120 auf 240, den von Indium erhöhte er von etwa 76 auf 113 und den von Beryllium senkte er von etwa 14 auf 9. Spätere Messungen zeigten, dass er bei allen dreien recht hatte, obwohl Tellur tatsächlich schwerer ist als Iod, ein Rätsel, das erst 1913 gelöst wurde.

Lücken und Eka-Elemente

Das kühnste Merkmal der Tabelle waren ihre leeren Felder. Mendelejew ließ Lücken, wo kein bekanntes Element passte, und beschrieb 1871 drei der fehlenden Elemente im Detail. Er benannte sie, indem er die Sanskrit-Vorsilbe Eka-, „eins“, an das Element über der jeweiligen Lücke in seiner Tabelle setzte: Eka-Aluminium stand einen Platz unter Aluminium, Eka-Bor unter Bor und Eka-Silicium unter Silicium. Für jedes schätzte er das Atomgewicht, die Dichte sowie die Formeln und Eigenschaften seiner Verbindungen.

Vorhersagen bestätigt

1875 entdeckte der französische Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran das Gallium. Sein Atomgewicht von etwa 69,7 lag nahe an den 68, die Mendelejew für Eka-Aluminium angegeben hatte. Lecoq maß die Dichte von Gallium zunächst mit 4,7 Gramm pro Kubikzentimeter, doch Mendelejew schrieb, sie müsse nahe an seinem vorhergesagten Wert von 5,9 liegen; mit einer reineren Probe erhielt Lecoq 5,9.

1879 entdeckte der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson das Scandium, und sein Kollege Per Teodor Cleve wies darauf hin, dass es zu Eka-Bor passte, für das Mendelejew ein Atomgewicht von 44 erwartet hatte (das von Scandium beträgt etwa 45). 1886 fand Clemens Winkler das Germanium, eine gute Übereinstimmung mit Eka-Silicium: Mendelejew hatte ein Atomgewicht von 72 und eine Dichte von 5,5 vorhergesagt, und die Werte von Germanium sind 72,6 und 5,3.

Nicht alle seine Vorhersagen trafen zu, und eine ganze Familie, die Edelgase, sah er nicht voraus. Doch diese drei Erfolge überzeugten die meisten Chemiker, dass das Periodengesetz real war.

Lothar Meyers paralleles System

Mendelejew war nicht der einzige Chemiker auf dieser Spur. Der deutsche Chemiker Lothar Meyer entwarf 1868 eine ähnliche Tabelle, die allerdings erst nach seinem Tod veröffentlicht wurde, und 1870 veröffentlichte er ein Periodensystem samt einer Grafik des Atomvolumens gegen das Atomgewicht, die in regelmäßigen Wellen anstieg und fiel. Meyer war jedoch vorsichtiger und veröffentlichte keine detaillierten Vorhersagen fehlender Elemente. Mendelejews selbstbewusste Prognosen sind ein wesentlicher Grund dafür, dass sein Name am engsten mit der Tabelle verbunden ist.

Anerkennung und Mendelevium

1882 verlieh die Royal Society in London Mendelejew und Meyer die Davy-Medaille, und 1905 erhielt Mendelejew die älteste Auszeichnung der Gesellschaft, die Copley-Medaille. Er wurde für den Nobelpreis für Chemie nominiert, erhielt ihn aber nie, und er starb 1907 in Sankt Petersburg.

1955 stellte ein Team an der University of California in Berkeley, darunter Albert Ghiorso und Glenn Seaborg, das Element 101 her, indem es Einsteinium mit Alphateilchen beschoss, und nannte es ihm zu Ehren Mendelevium. Es war eine bemerkenswerte Würdigung: ein in den Vereinigten Staaten entdecktes Element, benannt nach einem russischen Wissenschaftler mitten im Kalten Krieg.