Die Philosophen der griechischen Antike taten sich schwer mit dem Definieren und Erkennen chemischer Elemente. Den Tatsachen am nächsten kam Demokrit aus Abdera (460-371 v.Chr.). Als Urkomponenten der Welt postulierte er leeren Raum und „Atome“, das heisst unteilbare, winzige Partikel verschiedener Gestalt und Grösse.
Andere griechische Gelehrte tippten auf Wasser, Luft und Feuer als Urprinzipien alles Seienden; Aristoteles (384-322 v.Chr.) betrachtete Erde als viertes „Element“. Doch kein einziges der antiken Elemente war ein chemischer Grundstoff.
Die Autorität des von der Kirche adoptierten Aristoteles war aber so gross, dass während des ganzen Mittelalters ein weltfremdes Verständnis der Natur beibehalten wurde. Die Alchemisten, die immerhin experimentierten, erweiterten das aristotelische System. Danach galten Schwefel und Quecksilber als Vater oder Mutter aller Metalle während das Salz als „Körper“ der Metalle betrachtet wurde. Das war auch alles Unsinn, immerhin erwiesen sich Schwefel und Quecksilber als echte Elemente.
Das Periodensystem
Im Lauf des 18. und 19. Jahrhunderts erkannten mehrere Chemiker die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften gewisser Elemente, beispielsweise der Alkalimetalle Natrium und Kalium sowie der Halogene Chlor, Brom und Iod. Auf dieser Basis entwickelte 1868 der deutsche Chemiker Julius Lothar Meyer (1830-1895) ein System der Elemente, publizierte es aber erst ein gutes Jahr später.
Die Priorität gehört darum dem im sibirischen Tobolsk geborenen Russen Dmitri Iwanovitsch Mendelejew (1834-1907), der sein Periodensystem der Elemente zwar erst Anfang 1869 erdachte, es aber vor Meyer publizierte. Der Anstoss war seine Berufung zum Chemie-Professor an der Universität Sankt Petersburg. Beim Schreiben eines Lehrbuchs für die Studenten, kam Mendelejew im Februar 1869 auf den Gedanken eines Systems der chemischen Grundstoffe. Er reihte alle 63 damals bekannten Elemente in der Reihenfolge ihrer Atomgewichte in sogenannte Perioden ein, die waagrechte Zeilen bildeten. Die bereits bekannten Familien von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften ordnete er als Gruppen in senkrechten Spalten.
Das spaltbare Atom
Um ein widerspruchfreies System zu erhalten, musste Mendelejew mehrere Lücken belassen, die er als Plätze für noch unbekannte Elemente interpretierte und ihre Eigenschaften durch Interpolation voraussagte. Wenig später wurden diese Elemente tatsächlich entdeckt, man nannte sie Hafnium, Germanium und Gallium. Den ersten Hinweis auf die Spaltbarkeit der Atome lieferte 1896 die Entdeckung der Radioaktivität des Urans durch Henri Becquerel (1852-1908) in Paris. Es wurde erst später klar, dass es sich um den spontanen, mehrstufigen Zerfall der instabilen Uranatome zu stabilen Bleiatomen handelte. Eine weitere Bresche in Demokrits Konzept des unteilbaren Atoms schlug 1897 der Brite J.J. Thomson (1856-1940) mit der Entdeckung des Elektrons.
Noch weit spektakulärer war die von Ernest Rutherford (1871-1937) gewonnene Erkenntnis, dass die Atome mit einem Durchmesser von einigen Zehnmillionstel Millimeter nicht allzu klein sind, dass aber 99,9 Prozent ihrer Masse in einem zehntausend- bis hunderttausendmal kleineren, aus elektrisch positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen bestehenden Kern konzentriert ist. Letzterer wird „planetenartig“ von Elektronen umkreist. Ihre äusserste Bahn definiert die räumliche Ausdehnung der Atome.
Perioden und Gruppen
Stabile, leichte Atomkerne enthalten in ihrem Kern etwa gleich viele Neutronen wie Protonen. Doch mit steigender Atommasse sind für die Stabilisierung der Kerne immer mehr Neutronen erforderlich; beim Blei (Pb-208) sind es deren 126, die mit 82 Protonen kombiniert sind. Mendelejew schuf seine Klassifikation der Elemente auf Grund von chemischen Eigenschaften und Atommassen. Die tiefere Ursache der Aufteilung der Elemente in 7 Perioden und 18 Gruppen wurde erst etwa sechzig Jahre später mit der Quantentheorie klar (vgl. Abb).
Der Grund dafür ist, dass die Elektronen um den Atomkern sogenannte Schalen bilden, die mit jeweils 2, 8, 8, 18, 18 beziehungsweise 32 und 32 Elektronen vollständig aufgefüllt sind. Die sich in jeder Gruppe wiederholende Anordnung der äusseren Elektronenorbitale ist die Ursache der sich in Mendelejews System widerspiegelnden Periodizität der chemischen Eigenschaften. Die Tragweite von Mendelejews Entdeckung wurde früh erkannt. Er wurde zum Mitglied von 90 in- und ausländischen Wissenschaftsakademien ernannt. Die höchste Ehrung wurde ihm 1955 postum zuteil, als man das synthetische Element No. 101 Mendelejewium (Symbol Md) benannte. So erhielt er einen festen Platz in dem von ihm selbst geschaffenen System.
Von Frauen entdeckte Elemente
Frauen spielten bei der Entdeckung neuer Elemente eine zentrale Rolle. Am bekanntesten ist die doppelte Nobelpreisträgerin Maria Sklodowska-Curie (1867-1934) für Radium und Polonium. Andererseits ist die Mendelejew-Schülerin Julia Lermontowa (1846-1929) ausserhalb Russlands nahezu unbekannt: Ihr gelang um 1900 die saubere Trennung der Platingruppenelemente Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium und Iridium sowie die Bestimmung ihrer Atomgewichte.
Das Edelgas Radon wurde 1899 von Ernest Rutherford in Zusammenarbeit mit der Kanadierin Harriet Brooks (1876-1933) entdeckt. Lise Meitner (1878-1968) gelang 1917 in Berlin der Nachweis des radioaktiven Protactiniums. Das 1925 von Ida Tacke (1891-1975) zusammen mit ihrem Mann Walter Noddack bei Siemens-Halske in Berlin entdeckte Rhenium füllte die letzte Lücke für nichtradioaktive Elemente im Periodensystem. Als Alleinentdeckerin des Franciums durfte Marguerite Perey (1909-1975) am Institut du Radium in Paris 1939 dem Element seinen Namen geben.
