Query: Wie kam Mendelejew auf die Idee des Periodensystems der Elemente?

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Den Entdeckungsweg zum Periodensystem schilderte Mendelejew selbst als langwieriges Puzzlespiel mit Kärtchen, auf denen er das Atomgewicht und die Eigenschaften der Elemente notiert hatte, wobei ihm der zündende Einfall im Schlaf kam. Die russische Historiographie der Entdeckung des Periodensystems durch Mendelejew war lange durch Bonifati Michailowitsch Kedrow (1903–1985) geprägt, der ab den 1940er Jahren die umfangreichen Archivmaterialien analysierte und 1958 sein Buch "Der Tag der großen Entdeckung" (Russisch) veröffentlichte. Nach Kedrow war das Periodensystem das Ergebnis eines plötzlichen Einfalls (am 17. Februar 1869). Später wurde das von anderen Historikern modifiziert, die den Gang der Entwicklung schon in früheren Arbeiten von Mendelejew vorbereitet sahen (R. B. Dobrotin, A. A. Makarenja, D. N. Trifonow, I. S. Dmitrijew, M. D. Gordin, Masanori Kaji).

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Am 6. März 1869 hielt Menschutkin für seinen Lehrer Mendelejew einen Vortrag vor dem Kongress der Russischen Chemischen Gesellschaft. Der Titel lautet: „Die Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Elemente vom Atomgewicht“. Darin wurde das Periodensystem der Elemente erstmals öffentlich vorgestellt. Mendelejew selbst war an dem Abend verhindert, doch gebührt ihm (zusammen mit Lothar Meyer) der Ruhm der Entdeckung des Periodensystems.

Am 6. März 1869 veröffentlichte Mendelejew das Periodensystem der Elemente (PSE) unter dem Titel "Die Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Elemente vom Atomgewicht." Dabei wurden die damals bekannten 63 Elemente ansteigend nach der Atommasse in sieben Gruppen mit ähnlichen Eigenschaften angeordnet. Lothar Meyer veröffentlichte wenige Monate später eine fast identische Tabelle. Er konnte mit seinem System 1871 die Eigenschaften der bis dahin noch unbekannten Elemente Gallium (bei Mendelejew: Eka-Aluminium), Scandium (Mendelejew: Eka-Bor) und Germanium (Mendelejew: Eka-Silizium) voraussagen.

Am 6. März 1869 präsentierte er, vorgetragen von Nikolai Alexandrowitsch Menschutkin, das "Periodensystem der Elemente (PSE)" der Russischen Chemischen Gesellschaft unter dem Titel "Die Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Elemente vom Atomgewicht", was unmittelbar danach auf Russisch und Deutsch publiziert wurde. Dabei wurden die damals bekannten 63 Elemente ansteigend nach der Atommasse in sieben Gruppen mit ähnlichen Eigenschaften angeordnet. Lothar Meyer veröffentlichte wenige Monate später eine fast identische Tabelle. Mendelejew konnte mit seinem System 1871 die Eigenschaften der bis dahin noch unbekannten Elemente Gallium (bei Mendelejew: "Eka-Aluminium"), Scandium (Mendelejew: "Eka-Bor") und Germanium (Mendelejew: "Eka-Silizium") voraussagen.

Alternative Periodensysteme unterscheiden sich in Darstellung und Zuordnung der chemischen Elemente vom traditionellen Periodensystem. Seit ein systematischer Zusammenhang zwischen Atommasse und chemischen Eigenschaften der Elemente entdeckt wurde, gab es mehrere alternative Vorschläge zu der von Dimitri Iwanowitsch Mendelejew (1834–1907) und Lothar Meyer (1830–1895) aufgestellten Ordnung der Elemente. Jedoch ist dieses Periodensystem das allgemein übliche Periodensystem in der Chemie.

Er erarbeitete, unabhängig von Lothar Meyer, ein System der chemischen Elemente, die er "periodische Gesetzmäßigkeit" nannte. Sie ermöglichte eine tabellarische Anordnung, heute Periodensystem oder Periodisches System der Elemente (PSE) genannt, sowie die Vorhersage von drei neuen Elementen. Damit vollendete Mendelejew vorläufig die 50-jährige Suche nach einem Zusammenhang zwischen den Atommassen und den chemischen Eigenschaften der chemischen Elemente. Zu seinen Ehren bekam das Element 101 den Namen Mendelevium.

Das Bettermannsche Periodensystem wird aus den isoelektronischen Reihen der Elemente abgeleitet. Eugenie Lisitzin zeigte 1936, dass diese Reihe als Polynom dargestellt werden kann. Auch die Valenzelektronen der Atome zeigen ein ähnliches Verhalten. Die zwei russischen Wissenschaftler Zahed Allahyari und Artem R. Oganov vom Skolkowo-Institut für Wissenschaft und Technologie in Moskau, veröffentlichten im Journal of Physical Chemistry 2020 ein eindimensionales Ordnungsschema. In diesem werden die chemischen Elemente gemäß ihrer „Ähnlichkeit“ in Bezug auf den Atomradius und der Elektronegativität nacheinander aufgereiht, welche als Mendelejew-Zahl bezeichnet wird. Diese Bezeichnung wurde in Anlehnung an einen der Mitbegründer des klassischen Periodensystems, Dmitri Mendelejew, gewählt. Die Forscher definierten den Wert für den Atomradius (da variabel) für eine ganz bestimmte Elementkonfiguration, und zwar für die sogenannte primitive kubische Struktur, bei der sich an den Ecken der würfelförmigen Elementarzelle jeweils ein Atom des Elements befindet. Die universale Sequenz der Elemente ergibt sich daraus aus ihrer Reihenfolge auf einer Regressionsgeraden in einem Liniendiagramm, wo Elektronegativität gegen Atomradius aufgetragen ist. Wasserstoff findet sich in dieser Liste beispielsweise relativ weit hinten in der Liste auf Position 90 vor Neon (91) und Helium (92). Das Ordnungskonzept auf Grundlage einer Mendelejew-Zahl ist nicht neu. Vorgeschlagen hatte es bereits der englische Chemiker David Pettifor im Jahr 1984. Die Forscher vermuten, dass sich auf Grundlage dieser Systematik neue Materialien mit nützlichen Eigenschaften wie Härte oder magnetischem Verhalten viel einfacher identifizieren lassen.

Bekannt geworden ist Lothar Meyer als Mitbegründer des Periodensystems. Meyer, der ab 1859 Lehrveranstaltungen durchführte, hat wie Dmitri Iwanowitsch Mendelejew den Lehrstoff mangels geeigneter Vorlagen selbst zusammengestellt. 1860 nahm Meyer, so wie auch Mendelejew, am ersten großen Chemikertreffen in Karlsruhe teil, auf dem wichtige Grundbegriffe der Chemie wie Atom, Molekül – insbesondere die Ideen von Stanislao Cannizzaro – bekannt gemacht wurden. 1864 erschien sein Buch "Die modernen Theorien der Chemie", das mehrere Neuauflagen erfuhr. Hier stellte Meyer die Ideen über Atome und Moleküle klar zusammen und arbeitete eine erste Version eines Periodensystems aus.

Dabei bezeichnete Mendelejew freie Stellen in seinem Periodensystem mit dem Präfix "Eka" (एकः : ekaH), die sich einen Spaltenplatz (ΔA ≈ 34...55, ΔZ = 16 oder 18), mit dem Präfix "Dwi" (द्वि : dvi), die sich zwei Spaltenplätze (ΔA ≈ 84...87, ΔZ = 32) und mit dem Präfix "Tri" (त्रीणि : trINi), die sich drei Spaltenplätze (ΔA ≈ 135, ΔZ = 18+32) unter einem bekannten Element befanden. Nur wenige Jahre später wurden Vorhersagen aus seinem empirischen Modell als richtig bestätigt. Die erwähnte ausführliche Veröffentlichung Mendelejews von 1871 brachte ihm besonders im Ausland den Durchbruch. In Russland stieß er anfangs auf wenig Verständnis und der Präsident der Russischen Chemischen Gesellschaft Nikolai Nikolajewitsch Sinin empfahl Mendelejew im Herbst 1869, sich wirklicher Forschung zuzuwenden, womit er Experimente in organischer Chemie meinte. Bald darauf änderte er mit weiteren Veröffentlichungen von Mendelejew, in denen er auch neue Elemente vorhersagte, seine Meinung und gratulierte ihm im Februar 1871 brieflich. Später kam es zu einem Prioritätsstreit zwischen Meyer und Mendelejew und beide veröffentlichten 1880 über die Geschichte des Periodensystems in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft. Lothar Meyer war durch Mendelejews Veröffentlichung von 1869 zur Veröffentlichung seiner eigenen Untersuchungen gedrängt worden (1870). Mendelejew legte sein Periodensystem auch in den späteren Auflagen seines Lehrbuchs Grundlagen der Chemie dar. Einige deutschstämmige Chemiker in Russland wie Mendelejews Kollege Victor von Richter trugen zur Verbreitung von Mendelejews Periodensystem auch nach Deutschland bei – Viktor von Richter verwendete es 1874 in dem von ihm verfassten ersten russischen Lehrbuch der Anorganischen Chemie.

Als 1871 Dmitri Mendelejew das Periodensystem entwarf, stieß er auf eine Lücke unterhalb des Siliciums und postulierte ein bis dahin unbekanntes Element, das er als Eka-Silicium bezeichnete. Mendelejew machte Vorhersagen über die Eigenschaften des Eka-Siliciums und dessen Verbindungen, die von der Wissenschaft jedoch abgelehnt wurden.