Nicht nur für Chemiker ist das im Jahr 1869 von dem Russen Dmitri Mendelejew und dem Deutschen Lothar Meyer für die damals bekannten Elemente entwickelte Periodensystem ein unverzichtbarer Begleiter – für das Studium, für die Arbeit im Labor oder für den Schreibtisch. In diesem Jahr feiern wir daher das 150-jährige Jubiläum dieser bahnbrechenden wissenschaftlichen Errungenschaft, ohne die es heute keine systematische Chemie oder Materialforschung gäbe. Am 29. Januar 2019 hat die UNESCO aus diesem Anlass das Internationale Jahr des Periodensystems eröffnet.

Die typische Darstellungsform der chemischen Elemente ist vielen aus dem Schulunterricht bekannt: Das System teilt die Elemente nach ihren chemischen Eigenschaften in Gruppen ein. Nur so lassen sich chemische Reaktionen kalkulieren. Zahlreiche Bücher über das PSE wurden veröffentlicht, so z.B. das Standardwerk von Ekkehard Fluck und Klaus G. Heumann bei Wiley-VCH. Die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) hat ein interaktives Periodensystem mit Informationen und Videos zu den einzelnen Elementen erstellt.

Als einer der Väter des Periodensystems der Elemente, kurz PSE, gilt Lothar Meyer, der von 1868 bis 1877 am Polytechnikum Karlsruhe, einer der Vorgängerinstitutionen des Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 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. „Die Aufstellung des Systems war eine Leistung, die auf der Bildung eines einheitlichen Atombegriffs und einer einheitlichen Nomenklatur der chemischen Elemente aufbaute“, erläutert 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 msek. Das PSE wächst stetig, neue Elemente werden an Schwerionenbeschleunigern entdeckt. So das Element mit der Ordnungszahl 110, welches 1994 zum ersten Mal an der Beschleunigeranlage der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt nachgewiesen wurde und das seit 2003 den Namen Darmstadtium trägt.