Es hängt in jedem Klassenzimmer, doch das Periodensystem ist nicht aus einem einzigen Geistesblitz entstanden. Über 350 Jahre hinweg haben es Alchemisten, Schullehrer, ein kartenspielender russischer Professor und ein junger Physiker, der seinen Lohn nicht mehr erleben sollte, Stück für Stück zusammengesetzt. Das ist ihre Geschichte.
In Hamburg suchte der Alchemist Hennig Brand nach dem Stein der Weisen. Sein Rohstoff: rund 1.500 Gallonen menschlicher Urin, erst vergoren, dann eingekocht. Statt Gold erhielt er eine wachsartige weiße Substanz, die im Dunkeln unheimlich grün leuchtete. Er nannte sie Phosphor, den „Lichtträger“. Es war das erste Element, dessen Entdecker wir mit Namen kennen, und es löste eine Schatzsuche aus, die Jahrhunderte dauern sollte.
Antoine Lavoisier, der Vater der modernen Chemie, veröffentlichte eine Liste von 33 „einfachen Stoffen“, die sich nicht weiter zerlegen ließen. Die meisten waren echte Elemente wie Sauerstoff, Wasserstoff und Quecksilber. Einige aber nicht: Auf seiner Liste standen auch das Licht und der Wärmestoff, jene unsichtbare Flüssigkeit, die seiner Meinung nach die Wärme transportierte. Fünf Jahre später verlor Lavoisier in der Französischen Revolution seinen Kopf unter der Guillotine.
Dem deutschen Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner fiel etwas Merkwürdiges auf. Manche Elemente traten in „Triaden“ auf: Dreiergruppen mit ähnlichem Verhalten, bei denen das Atomgewicht des mittleren fast genau dem Durchschnitt der beiden anderen entspricht. Calcium, Strontium und Barium. Chlor, Brom und Iod. Lithium, Natrium und Kalium. War das Zufall oder ein Hinweis auf eine verborgene Ordnung?
Der französische Geologe Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois wickelte die Elemente in einer Spirale um einen Zylinder, die er „tellurische Schraube“ nannte. Ähnliche Elemente standen dabei senkrecht übereinander. Eine geniale Idee, doch sein Aufsatz wurde ohne das Diagramm gedruckt, und kaum jemand verstand ihn.
In London bemerkte John Newlands, dass jedes achte Element die Eigenschaften des ersten zu wiederholen schien, wie die Töne einer Tonleiter. Er nannte es das Gesetz der Oktaven. Als er es 1866 der Chemical Society vorstellte, zeigte sich das Publikum wenig beeindruckt:
„Hat Herr Newlands schon versucht, die Elemente alphabetisch zu ordnen?“
— Professor George Carey Foster
Die Gesellschaft lehnte es ab, seinen Aufsatz zu veröffentlichen. Zwanzig Jahre später verlieh sie ihm die Davy-Medaille.
In Sankt Petersburg schrieb Dmitri Mendelejew an einem Chemielehrbuch und suchte nach einer logischen Art, die Elemente darzustellen. Der Überlieferung nach schrieb er jedes Element auf eine Karte und legte sie aus wie bei einer Patience, und die endgültige Anordnung soll ihm im Traum erschienen sein. Das ist wohl eher Legende. Was er als Nächstes tat, dagegen nicht.
Wo das Muster nicht aufging, zwängte Mendelejew die bekannten Elemente nicht gewaltsam hinein. Er ließ Lücken. Und dann wagte er etwas, das sich noch niemand getraut hatte: Er sagte die Eigenschaften von Elementen voraus, die noch nie jemand gesehen hatte.
| Mendelejews Name | Vorhergesagt | Entdeckt als |
|---|---|---|
| Eka-Aluminium | 1871 | Gallium (1875) |
| Eka-Bor | 1871 | Scandium (1879) |
| Eka-Silicium | 1871 | Germanium (1886) |
Als Gallium gefunden wurde, maß sein Entdecker eine Dichte von 4,7 g/cm³. Mendelejew hatte nie auch nur ein Körnchen davon in der Hand gehabt, schrieb aber zurück, der Wert müsse bei etwa 5,9 liegen und die Probe sei wohl verunreinigt. Die Probe wurde gereinigt und erneut vermessen: 5,9. Für Germanium sagte er ein Atomgewicht von 72 voraus; der tatsächliche Wert liegt bei 72,6. Die Chemiker, die an ihm gezweifelt hatten, waren überzeugt.
Der deutsche Chemiker Lothar Meyer war unabhängig davon zu einer sehr ähnlichen Tabelle gelangt, doch erst Mendelejews Mut, das Unbekannte vorherzusagen, machte sein System berühmt.
Lord Rayleigh und William Ramsay stießen auf ein Gas, das sich in ganz gewöhnlicher Luft versteckte und mit nichts reagieren wollte. Sie nannten es Argon, „der Träge“. Im Periodensystem gab es für es überhaupt keinen Platz. Innerhalb von vier Jahren hatte Ramsay seine Verwandten gefunden, Neon, Krypton und Xenon, und die Chemiker taten etwas Bemerkenswertes: Statt das System zu verwerfen, fügten sie eine ganz neue Spalte hinzu. Die Edelgase passten perfekt hinein, und das System ging gestärkt daraus hervor.
Ein paar Elemente standen nach ihrem Gewicht noch immer in der „falschen“ Reihenfolge. Mendelejew hatte Tellur und Iod aus dem Bauch heraus vertauscht, konnte aber nicht erklären, warum. Mit 25 Jahren beschoss der englische Physiker Henry Moseley verschiedene Elemente mit Röntgenstrahlen und fand die Antwort: Jedes Element hat eine eigene Anzahl von Protonen, seine Ordnungszahl. Nach der Ordnungszahl sortiert, verschwanden alle lästigen Ausnahmen.
Moseleys Arbeit deutete auf einen Nobelpreis hin. Stattdessen meldete er sich im Ersten Weltkrieg freiwillig zur Armee und wurde 1915 bei Gallipoli im Alter von 27 Jahren von einem Scharfschützen getötet. Sein Tod trug dazu bei, dass Großbritannien seine Wissenschaftler im nächsten Krieg von der Front fernhielt.
Eine Lücke blieb jahrzehntelang leer: Element 43. Gefunden wurde es schließlich nicht in der Natur, sondern in einem Stück Molybdän, das in einem Teilchenbeschleuniger beschossen worden war. Carlo Perrier und Emilio Segrè nannten es Technetium, nach dem griechischen Wort für „künstlich“. Es war das erste Element, das je von Menschen erzeugt wurde, und der Beginn eines neuen Zeitalters.
Während seiner Arbeit am Manhattan-Projekt schlug Glenn Seaborg vor, eine ganze Reihe schwerer Elemente, die Actinoide, aus dem Hauptsystem herauszunehmen und in eine eigene Zeile am unteren Rand zu verschieben. Kollegen warnten ihn, das werde seinen wissenschaftlichen Ruf ruinieren. Stattdessen brachte es ihm 1951 den Nobelpreis ein und gab dem Periodensystem die Gestalt, die wir heute kennen. 1997 wurde Element 106 Seaborgium getauft. Damit war er der erste Mensch, nach dem noch zu Lebzeiten ein Element benannt wurde.
Nach jahrzehntelanger Arbeit von Teams in Russland, den Vereinigten Staaten, Deutschland und Japan bestätigte die IUPAC die Namen der letzten vier Elemente: Nihonium (113), Moscovium (115), Tenness (117) und Oganesson (118). Oganesson ehrt den russischen Physiker Juri Oganessjan, den zweiten lebenden Menschen, dem diese Ehre zuteilwurde. Seine Atome überdauern weniger als eine Tausendstelsekunde, doch sie machten die siebte Periode des Systems zum ersten Mal komplett.
Gerade jetzt schießen Labore Strahlen aus Titan und Chrom auf schwere Ziele, in der Hoffnung, Element 119 oder 120 zu erzeugen, das erste Element einer achten Periode. Die Theorie deutet auf eine „Insel der Stabilität“ hin, auf der superschwere Atome deutlich länger bestehen könnten. Das System, das mit einem leuchtenden Kolben voll eingekochtem Urin begann, wird noch immer weitergeschrieben, und das nächste Kapitel könnte jederzeit beginnen.