Geschichtliche Grundlagen der Chemie

Der Artikel Geschichtliche Grundlagen der Chemie versucht die Frage zu beantworten, welches die Wurzeln der heutigen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Chemie sind. Aus der Alchemie des Mittelalters hat sich im Laufe des 17. und 18. Jahrhunderts die moderne Chemie entwickelt.

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1 Das Molekül

Das Molekül des Wassers ist bekanntlich nach der Formel H₂O aufgebaut. Wasser als chemische Verbindung wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish im 18. Jahrhundert ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zur Explosion brachte (siehe Knallgas-Reaktion). Ihre endgültige Gestalt erhielt diese Formel anfangs des 19. Jahrhunderts, und zwar durch Alexander von Humboldt gemeinsam mit Louis Joseph Gay-Lussac durch mehrere Experimente.

Die beiden erwarteten dabei die Bestätigung der bisherigen Annahme, das Molekül setze sich aus jeweils einem Atom der beiden bekannten chemischen Elemente Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zusammen, also HO. Sie stellten dabei zu ihrer Überraschung fest, dass sich genau zwei Volumenteile Wasserstoffgas mit einem Volumenteil Sauerstoffgas zu Wasser verbinden.^[1] Zudem erhielten sie nach Auslösung der Verbrennung der beiden Gase aber nicht ein Volumen Wasserdampf, sondern deren zwei. Sie schlossen daraus, vorerst noch mit gewisser Unsicherheit, dass die Formel H₂O laute, und nicht etwa H₂O₂. Die weiteren Erfahrungen mit anderen chemischen Reaktionen und Verbindung seither zeigten, dass sie mit ihrer Analyse richtig lagen.

2 Periodensystem

Die Entdeckung von Serien ähnlicher Elemente wie zum Beispiel der Metalle war der erste Schritt, der schließlich im 19. Jahrhundert zur Entwicklung des Periodensystems der chemischen Elemente führte. Die Entwicklung des modernen Periodensystems begann mit einer Erkenntnis von Wolfgang Döbereiner, der 1819 durch normales Wägen feststellte, dass das Gewicht von Strontium ziemlich genau in der Mitte zwischen jenem von Calcium und Barium liegt. Er übertrug dies als Verhältniszahl auf die Gewichte der einzelnen Atome (Atommassen) der drei Leichtmetalle. Döbereiner bemerkte auch, dass diese ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen. Etwas später wurden solche Systematiken auch bei anderen Elementen erkannt, letztlich auch bei gasförmigen: Aus den Volumen-Verhältnissen bei Gas-Reaktionen konnten Zahlen-Verhältnisse der Atome in den jeweiligen Molekülen festgelegt werden (Satz von Avogadro), so dass auch die Atommassen daraus abgeleitet werden konnten. Im 20. Jahrhundert konnte dies mit einigen kleineren Abweichungen durch direktes Messen mit der Massenspektroskopie bestätigt werden.

1869 stellten dann Lothar Meyer und Dimitri Mendelejew fest, dass die Eigenschaften der Elemente in systematischer und periodischer Weise wechseln, wenn sie nach zunehmender Atommasse angeordnet werden. Dem typischen Metall Lithium etwa folgen Elemente mit immer weniger ausgeprägtem Metall-Charakter, dann Nichtmetalle, nachher wieder typische Metalle, usw. Durch Untereinander-Setzen von Elementen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften erhielten die beiden Chemiker so das Periodensystem. Allerdings erkannte Mendelejew Lücken in dieser Systematik - fehlende Elemente, die erst später gefunden und ergänzt werden konnten.

Das Periodensystem der heutigen Form entwickelte allerdings erst Henry Moseley endgültig. Er stellte 1913 fest, dass nicht die Atommasse, sondern die Kernladungszahl, auch Ordnungszahl genannt (die Protonenzahl im Atomkern), die korrekte Reihenfolge der Elemente bestimmt. Die Kernladungszahlen eruierte er, indem er sah, dass sich diese aus den Linien des Röntgen-Spektrums herauslesen lassen (Moseley'sches Gesetz).