Die spannende Frage, die sich auch D. Mendelejew und L. Meyer im 19. Jahrhundert stellten, lautete: Wie lassen sich die chemischen Eigenschaften der Elemente und ihre Periodizität erklären? Mendelejew beantwortete diese Frage in seiner Veröffentlichung des Periodensystems von 1869, mit der Abhängigkeit der Eigenschaften der Elemente von der Atommasse (heute: Atomgewicht). Dass die Atommasse auf den Protonen und Neutronen des Atomkerns beruht, war damals noch unbekannt und blieb es bis zur Entdeckung des Protons 1919 und des Neutrons 1932.
Doch schon Jahrzehnte vor der Entdeckung der Nukleonen bei der experimentellen Untersuchung von Atomkernen beobachteten Wissenschaftler bei Kathodenröhrenexperimenten Phänomene, die sie als Teilchenströme interpretierten und die auf die Existenz eines sehr leichten Teilchens hindeuteten. J.J. Thomson untersuchte dieses Teilchen und bestätigte 1897 seine elektrische Ladung und seine Existenz, die er schließlich als Elektron bezeichnete und als Atomteilchen betrachtete. Obwohl es als ungebundenes Teilchen entdeckt wurde, interpretierte Thomson es als Atomteilchen, wodurch es in den nachfolgenden Atommodellen von Rutherford und Bohr große Bedeutung erlangte.
Im Bohrschen Atommodell von 1913 bis 1921 entwickelte Bohr die Rutherfordsche Elektronenhülle zu einem Elektronensystem weiter. Bohr modifizierte mit viel Ehrgeiz und in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern sein Elektronensystem immer weiter bis hin zum Schalenmodell, das den Übergang zum Orbitalmodell markiert. Im zwiebelähnlichen Schalenmodell enthält jede Schale von innen nach außen so viele Elektronen, wie es Elemente in einer Periode des PSE gibt.
Das Orbitalmodell von 1925 /26 greift diese Vorstellung eines Elektronensystems auf, obwohl die Quantenphysik Elektronen in Orbitalen noch weniger anschaulich macht und ein Besetzungssystem, wie es Bohr vorschwebte, nur noch schwer vorstellbar ist. Dennoch ist das Orbitalmodell bis heute akzeptiert und bildet die Erklärungsgrundlage des PSE. In den Darstellungen des Orbitalmodells erscheint der Atomkern als kleiner zentraler Punkt im Atom, während das eigentliche System des Atoms von den Elektronenorbitalen gebildet wird.
Die Entdeckung des Protons 1919 und des Neutrons 1932 warf die Frage nach einem System des Atomkerns auf. Zahlreiche Wissenschaftler versuchten, diese Frage zu beantworten. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts führte dies zur Theorie des Kernschalenmodells, das auf dem Bohrschen Elektronensystem aufbaut. An dem bestehenden Elektronensystem zur Erklärung der chemischen Eigenschaften der Elemente änderte sich dadurch nichts. Das Orbitalmodell ist also auch heute noch mehr oder weniger ein „Elektronensystemmodell“!
Es gab also eine erste Entwicklungsphase des Atommodells, die mit der Entdeckung des Elektrons 1897 begann und mit dem bis heute gültigen Orbitalmodell 1925 /26 einen vorläufigen Abschluss fand.
Überlappend mit der ersten Entwicklungsphase gab es eine zweite Entwicklungsphase des Atommodells, die mit der Entdeckung des Protons 1919 begann und etwa bis zum Kernschalenmodell 1948 dauerte. Dieses Kernschalenmodell war interessanterweise ähnlich aufgebaut wie das Bohrsche Elektronensystem. Anstelle von Edelgaskonfigurationen wurden bestimmte Protonen- und Neutronenzahlen als „magische Zahlen“ bezeichnet. Das führte zu einer Art „Verdoppelung der Systeme in einem Atom“, die sich bis heute erhalten hat und auch in der Trennung der Atomwissenschaft in Atomphysik und Kernphysik widerspiegelt.
Dabei lassen sich die chemischen Eigenschaften und die Periodizität der Elemente mit einem Proton-Neutron-System mindestens ebenso gut erklären wie mit einem Elektronensystem. Zwei Systeme sind aber eines zu viel! Auch die elektrische Ladung eines Atoms lässt sich anders erklären. Die Frage ist also: „Welches der Systeme ist das richtige?
Nach Mendelejew und Meyer hängen die chemischen Eigenschaften von der Atommasse (früher: Atomgewicht) ab.(vgl. „Mendelejew“ 2024). Ein masseloses Elektronensystem scheidet danach als Ursache der chemischen Eigenschaften aus. Bleibt nur noch ein Proton-Neutron-System! Es scheint Zeit für einen Paradigmenwechsel der Atomvorstellung!
Helmut Albert, Freiburg im Dezember 2024
„Dmitri Iwanowitsch Mendelejew“. In: Wikipedia – Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 24. Oktober 2024, 10:15 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Dmitri_Iwanowitsch_Mendelejew&oldid=249699010 (Abgerufen: 15. Dezember 2024, 10:32 UTC)
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