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Debatte um zwei Elemente : Wird das Periodensystem umgekrempelt?

  • -Aktualisiert am

Im Periodensystem der Elemente haben mittlerweile 118 Elemente ihre festen Plätze gefunden. Bei einigen gibt es jedoch Unstimmigkeiten darüber, ob sie woanders eingeordnet werden müssten. Bild: CC Vision

Ist das chemische Ordnungssystem noch zeitgemäß? Die Elemente Lanthan und Actinium müssen unter Umständen neu verortet werden, aber auch für Lutetium und Lawrencium werden bessere Plätze gesucht. Eine Debatte ist entbrannt.

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          Im Periodensystem der Elemente herrscht gemeinhin Ordnung. Jedes der 118 bekannten chemischen Elemente – vom Wasserstoff bis zum Oganesson – hat seine feste Position in der Systematik, die 1869 Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer unabhängig voneinander aufstellten. Die beiden Wissenschaftler erkannten die periodischen Gesetzmäßigkeiten und ordneten die damals bekannten chemischen Elemente in einer Art Tabelle an, die sich seitdem vielfach bewährt hat. Eigentlich hat jedes Element darin seinen zugewiesenen Platz. Doch um zwei Elemente – Lanthan und Actinium – schwelt seit geraumer Zeit eine Debatte.

          Mendelejew und Meyer versuchten, die chemischen Elemente anhand von Atommassen und ähnlichen Eigenschaften zu ordnen. Auf diese Weise gelangten Natrium und Kalium in die gleiche Tabellenspalte – sie wird bis heute als erste Hauptgruppe bezeichnet –, während Halogene wie Chlor und Brom in einer anderen Spalte notiert wurden. Später wurde das eigentliche Ordnungsschema hinter dieser Systematik erkannt: die Elektronenkonfiguration. Von einem Element zum nächsten gelangt man, wenn man immer genau ein Elektron hinzufügt. Die räumliche Verteilung der Elektronen in der Atomhülle folgt dabei einem Schema, das durch quantenmechanische Regeln bestimmt wird. Letztlich stehen im Periodensystem stets jene Elemente in der gleichen Gruppe untereinander, bei denen die äußeren Elektronen nach dem gleichen Muster verteilt sind. In der ersten Hauptgruppe besitzen alle Elemente ein s-Elektron in der äußeren Schale – Elektronen in darunterliegenden, abgeschlossenen Schalen bleiben unberücksichtigt. Alle Halogene haben zwei s- und fünf p-Elektronen. Da diese sogenannten Valenzelektronen das chemische Verhalten bestimmen, leitet sich hieraus unmittelbar ab, dass Elemente mit gleicher Elektronenkonfiguration ähnliche Eigenschaften besitzen und chemisch ähnlich reagieren.

          Herrscht bis zu diesem Punkt noch Einigkeit in der Community, scheiden sich die Geister an der korrekten Plazierung der Elemente Lanthan (La) und Actinium (Ac). Gehören diese beiden Substanzen zu den sogenannten d-Block- oder den f-Block-Elementen? Bei diesen Metallen werden Orbitale aufgefüllt, die in der Atomhülle weiter innen liegen. Im Periodensystem werden diese beiden Blöcke durch zwei Einschübe dargestellt. Vor allem die Elemente des f-Blocks sprengen eine kompakte Übersicht, da die Tabelle dann insgesamt 32 Spalten umfassen müsste. Sie werden deshalb normalerweise unterhalb des Periodensystems separat angegeben. Ausnahmen sind faltbare Periodensysteme oder Klapptafeln.

          Generationen von Chemikern haben gelernt, dass Lanthan und Actinium in der dritten Nebengruppe eingeordnet werden, unterhalb von Scandium und Yttrium (siehe Grafik). Das betont die identische Valenzelektronenkonfiguration der vier Elemente, die jeweils zwei s- und ein d-Elektron umfasst. Periodensysteme in dieser Gestaltungsweise findet man bei der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) und der britischen Royal Society of Chemistry. Jeweils nach Lanthan und Actinium folgen dann als Einschub die f-Block-Elemente, die sogenannten Lanthanoiden und Actinoiden. Sie umfassen die Elemente Cer bis Lutetium (Ordnungszahlen 58 bis 71) und Thorium bis Lawrencium (Ordnungszahlen 90 bis 103).

          Arbeitsgruppe sammelt belastbare Belege

          Seit geraumer Zeit lassen sich auch andere Darstellungen finden, bei denen Lutetium (Lu) und Lawrencium (Lr) in der dritten Nebengruppe auftauchen. Lanthan und Actinium werden stattdessen im f-Block aufgeführt. Die Begründung dafür: Lutetium und Lawrencium haben jeweils 14 f-Elektronen und somit keine leeren f-Orbitale, wie auch Scandium und Yttrium. Außerdem sind die chemischen Eigenschaften dieser vier Elemente recht ähnlich.

          Und dann gibt es noch Darstellungen, die enthalten sich jeden Streits. Hier steht kein bestimmtes Element auf den Plätzen unterhalb von Scandium und Yttrium. Stattdessen findet sich dort schlicht die Beschriftung „La-Lu“ und „Ac-Lr“. Jede dieser Reihen umfasst insgesamt 15 Elemente.

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