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Periodensystem : Die Ordnung der Stoffe

Die Rästel des Kernzerfalls lassen sich mit ihm allein nicht lösen: das Periodensystem der Elemente

Die Rästel des Kernzerfalls lassen sich mit ihm allein nicht lösen: das Periodensystem der Elemente Bild: Universität Göttingen

Etwa hundert chemische Elemente gibt es. Aber die Frage, in welchem Sinn sie als elementar gelten können, ist vertrackt: Über die Geschichte der Suche nach dem Elementaren, die im Partikelzoo der Elementarteilchenphysiker und bei den Strings der mathematischen Theoretiker endet.

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          Wieso "etwa hundert"? Weiß man denn nicht genau, wie viele Grundstoffe es gibt? Dass es genau 112 sind, beantwortet die Frage allerdings auch nicht wirklich. Denn selbst bei den elementarsten Dingen muss man sich fragen, was nun wirklich dazuzählt. Gewiss, die Zahl möglicher Atomsorten ist abzählbar. Man nummeriert sie nach der Zahl der positiv geladenen Protonen in ihren Kernen, die bei neutralen Atomen stets der Zahl negativ geladener Elektronen in den Hüllen entspricht - und Letztere entscheiden fast allein über das chemische Gebaren eines Atoms.

          Ulf von Rauchhaupt
          Redakteur im Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Aber was macht dabei den Grundstoff aus? Ließe man etwa die künstlich hergestellten Elemente nicht gelten, käme man schon beim Technetium und Plutonium ins Schleudern. Beide wurden durch künstliche Kernumwandlung entdeckt, kommen aber in winzigen Mengen durchaus natürlich vor. Bei weiteren Transuranen bis mindestens zum Fermium ist man sich halbwegs sicher, dass sie in Sternexplosionen gebildet werden. Soll man sie weglassen, nur weil sie zu schnell zerfallen, um auf der Erde heute noch vorhanden zu sein?

          Elementenlehre

          Aber die Frage nach dem Wesen des Elementaren ist noch ein ganzes Stück vertrackter. Das dämmerte schon den antiken Philosophen. Am Anfang des theoretischen Nachdenkens über die Natur, im sechsten Jahrhundert vor Christus, stellten sich Thales von Milet und seine Nachfolger Anaximander und Anaximenes vor, alles bestehe letztlich aus einer einzigen Sorte Urstoff. Thales hatte das Wasser in Verdacht, Anaximenes die Luft, während Anaximander meinte, es müsse etwas ganz anderes sein, das er das "Apeiron" nannte, wörtlich: "das Unendliche".

          Das Periodensystem auf Chinesisch
          Das Periodensystem auf Chinesisch : Bild: University of Ithaca/Chemistry Club

          Doch in den folgenden Jahrhunderten verkomplizierte die Frage, wie ein Urstoff die Vielfalt alles Stofflichen begründen könne, das Bild immer weiter. Bei Empedokles von Akragas im fünften Jahrhundert vor Christus finden wir dann die Lehre von den vier Elementen Feuer, Wasser, Luft und Erde. Ein halbes Jahrhundert später skizziert Platon in seinem Timaios dafür eine erstaunlich moderne Theorie: Den empedokleischen Elementen entsprechen bei Platon atomare Körper, die aus zwei Arten von Dreiecken aufgebaut sind. Diese mathematische Struktur erlaubt eine Umwandlung auch elementarer Stoffe ineinander.

          Durchgesetzt hat sich dann aber für fast zweitausend Jahre die Auffassung des Aristoteles, der nicht an Atome glaubte. Grundlegend sind für ihn vier Qualitäten (warm, trocken, kalt, feucht), aus denen sich dann die Elemente als Stoffsorten nur ableiten: Feuer etwa ist trocken und zugleich warm. Auch hier ermöglicht eine Neukombination der Qualitäten die Umwandlung der Elemente. Die Hoffnungen der Alchemisten, aus unedlen Metallen Gold oder Silber machen zu können, gründen sich auf diese Idee.

          Demokrits Erbe

          Erst im 19. Jahrhundert fanden die Chemiker im Zuge quantitativen Experimentierens zu Platon zurück, genauer zu dem etwas simpleren Atomismus seines jüngeren Zeitgenossen Demokrit. Unter Physikern jedoch blieben der Atomismus und damit die Frage nach dem Sitz des Elementaren bis Anfang des 20. Jahrhunderts umstritten. Da hatte sich der moderne Begriff des Elements als eines Stoffes, der sich chemisch nicht weiter zerlegen lässt, schon längst durchgesetzt, und Dmitri Mendelejew hatte die bekannten Elemente nach ihren Eigenschaften zu einer Tabelle angeordnet, dem Periodensystem. Die Lücken darin erlaubten ihm, die Existenz und sogar manche Eigenschaften noch unbekannter Elemente vorauszusagen.

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