Elemente

Titel

Elemente,

Elemente (chemische)

die Ur- oder Grundstoffe, aus welchen die zusammengesetzten Körper bestehen, und in welche sie zerlegt werden können, die aber selbst einer weitern Zerlegung nicht mehr fähig sind. Schon die alten Naturphilosophen von der ionischen Schule haben sich vielfach mit der Frage nach den Urstoffen beschäftigt und bald ein, bald mehrere Elemente als die letzten Bestandteile aller Dinge angenommen. Von größtem Einfluß auf die Naturanschauung vieler Jahrhunderte war die Lehre [* 3] des Aristoteles von seinen vier Elementen: Wasser, Feuer, Luft und Erde, welche durch Zweijochung der Grundeigenschaften auf dem völlig prädikatlosen Urstoff entstehen (s. Chemie) und sich im populären Sprachgebrauch bis in die neueste Zeit erhalten haben. Die Chemiker aber haben besonders im Zeitalter der Alchimie vielfach sich bemüht, die Aristotelische Lehre auszubilden, und es bezeichnete einen tiefgreifenden Umschwung, als man endlich alle Spekulationen aufgab und als Elemente solche Körper auffaßte, welche durch keins der bekannten ¶

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Mittel weiter zerlegt werden können. Diese Ansicht ist noch heute die herrschende, und indem man eine Reihe von Körpern als einfache oder Elemente bezeichnet, verzichtet man auf jede Theorie und spricht nur eine Thatsache aus, nämlich, daß es bisher nicht gelungen ist, jene Körper weiter zu zersetzen. Man kennt gegenwärtig über 60 solcher Elemente, von denen aber nur etwa 14 allgemein verbreitet sind. Die Hauptmasse der Erdrinde besteht aus Gesteinen, welche wesentlich aus nur 8 Elementen zusammengesetzt sind, und zwar enthalten diese Gesteine [* 5] jene Elemente in folgenden Gewichtsverhältnissen:

Außerdem ist Stickstoff (mit Sauerstoff) der Hauptbestandteil der Atmosphäre; Wasserstoff bildet mit Sauerstoff das Wasser, Kohlenstoff ist (mit Sauerstoff und Wasserstoff) der Hauptbestandteil der Pflanzen und Tiere, und auch Schwefel, Phosphor und Chlor gehören zu den verbreitetsten Elementen. Die meisten übrigen Elemente kommen nur an wenigen Orten und oft in geringen Mengen vor, auch finden sich nur wenige Elemente vorwiegend frei; die meisten treten in der Regel nur in Verbindungen auf und besitzen Eigenschaften, welche ihre Existenz im freien Zustand in der Natur unmöglich machen. Mit den bisherigen Entdeckungen ist die Zahl der noch keineswegs erschöpft, fast jedes Jahr bringt neue Elemente; doch gehören dieselben stets zu den sehr selten oder in sehr geringer Menge vorkommenden, und häufig haben sich angeblich neue Elemente bei genauerer Untersuchung als Mischungen erwiesen. Die folgende Aufzählung gibt eine Übersicht der Elemente mit ihren chemischen Symbolen, den Atomgewichten und der Wertigkeit.

Übersicht der Elemente.

Gewöhnlich teilt man die Elemente in Metalle und Nichtmetalle und rechnet zu letztern die 15 Elemente: Wasserstoff, Chlor, Brom, Jod, Fluor, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Bor, Silicium, Kohlenstoff (die weitere Gruppierung der Metalle und Metalloide s. d.). Diese Einteilung ist eine rein willkürliche, weil sie hauptsächlich auf die äußerliche Form und viel zu wenig auf die chemische Natur der Elemente Wert legt. Berücksichtigt man vorwiegend die letztere, so ergeben sich folgende Gruppen:

Wasserstoff ordnet sich keiner dieser Gruppen ein, er steht allein.

Zu einem wirklichen natürlichen System der Elemente gelangt man nur unter Berücksichtigung der Atomgewichte, welche gewisse wechselseitige Beziehungen deutlich erkennen lassen. Die Annahme Prouts, der Wasserstoff, welcher das kleinste Atomgewicht besitzt, sei der einzige einfache Körper, und die Atomgewichte aller andern Elemente seien ganze Vielfache seines Atomgewichts, hat sich bei genauerer Bestimmung der Atomgewichte als irrig erwiesen. Dagegen zeigt sich eine Zunahme der Atomgewichte in fast gleichen Verhältnissen, wenn man die Elemente nach ihrer chemischen Natur in Gruppen zusammenstellt und innerhalb derselben nach der Größe der Atomgewichte ordnet; z. B.:

Glied (künstliches)

Ordnet man sämtliche Elemente nach der Größe ihrer Atomgewichte, so sieht man beim Durchgehen der Reihe die Eigenschaften von Glied [* 6] zu Glied sich ändern, bis bei einer gewissen Differenz der Atomgewichte die Eigenschaften mehr oder weniger vollständig und zwar in derselben Reihenfolge wiederkehren. Bricht man nun die Reihe bei solchen Wiederholungspunkten ab, so erhält man eine Anzahl von kürzern Reihen, welche sich so nebeneinander stellen lassen, daß in den Horizontalreihen die Elemente nach der Größe der Atomgewichte aufeinander folgen, während in den Vertikalreihen die chemisch ähnlichen Elemente nach natürlichen Familien geordnet zusammenstehen. Die nebenstehende Tabelle (S. 545) enthält eine solche Anordnung, nach welcher die Elemente in acht Hauptgruppen zerfallen, von welchen einige wieder Untergruppen bilden. Die erste Hauptgruppe enthält zunächst die Alkalimetalle, an die sich, durch den Isomorphismus der Natrium- und Silbersalze ¶

Elemente (chemische)

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Die Hauptgruppen der chemischen Elemente.

verknüpft, die Kupfergruppe anschließt. Beide Reihen gleichen sich auch darin, daß sie basische Oxyde von der Formel M₂O bilden. Die zweite Hauptgruppe besteht ebenfalls aus zwei Unterabteilungen, den Metallen der Calciumgruppe und der Magnesiumgruppe, welche wiederum durch den Isomorphismus verschiedener Verbindungen miteinander verwandt sind. In der dritten Hauptgruppe finden wir Elemente, welche sämtlich Sesquioxyde bilden; die drei letzten sind Metalle, deren Schwefelsäuresalze sich mit den Sulfaten der Alkalimetalle zu Alaunen vereinigen. An diese schließen sich die Metalle der wahrscheinlich noch lückenhaften Cergruppe an, die ebenfalls Sesquioxyde bilden.

Dann folgt eine Gruppe vierwertiger Elemente, welche wahrscheinlich aus zwei Nebengruppen besteht. Die Stickstoffgruppe und deren Nebengruppe sind ebenfalls durch viele Beziehungen miteinander verknüpft. Die sechste Gruppe bildet zwei Unterabteilungen, welche miteinander verwandt sind durch den Isomorphismus vieler Schwefelsäure- und Selensäuresalze mit Chromsäure- und Molybdänsäuresalzen. In der siebenten Gruppe treffen wir die Chlorfamilie, an welche sich das Mangan und Ruthenium anreihen wegen des Isomorphismus der Überchlorsäure- mit den Übermangansäure- und Überrutheniumsäuresalzen. Ob Osmium auch in diese Reihe gehört, ist noch zweifelhaft, aber wahrscheinlich, da es, wie die zwei andern Metalle, leicht oxydierbar ist. Endlich finden wir in der achten Gruppe die mit dem Mangan nahe verwandte Eisenfamilie und die übrigen Platinmetalle, von denen verschiedene den Cyaniden des Eisens und Kobaltaminsalzen analoge Verbindungen bilden.

Bleigewinnung

Noch viele andre Analogien läßt diese Anordnung erkennen. Elemente, welche verschiedenen Reihen angehören, aber früher schon wegen ähnlicher chemischer und physikalischer Eigenschaften zusammengestellt wurden, finden sich auch in dem System in nächster Nähe, wie Lithium und Magnesium, welche beide schwer lösliche Karbonate und Phosphate bilden, oder Bor und Kiesel, deren flüchtige Fluoride sowohl als ihre Oxyde verschiedene Eigenschaften miteinander gemein haben. Blei [* 8] steht nahe bei Thallium, Kadmium bei Indium und Zinn, und Vanadin in der Nähe des Phosphors. Vanadinsäuresalze haben große Ähnlichkeit [* 9] mit manchen Chromsäuresalzen, weshalb ihre Elemente früher als zu einer Gruppe gehörig betrachtet wurden, wie man auch Tellur zu Antimon stellte.

Besonders auffallend zeigt sich in der Tabelle, daß ähnliche Eigenschaften wiederkehren, wenn das Atomgewicht eines Elements um dieselbe oder nahe dieselbe Zahl zugenommen hat. Vom Lithium ausgehend, finden wir seine wesentlichen Eigenschaften wieder beim Natrium, dessen Atomgewicht nahezu um 16 größer ist, und ein weiterer Zuwachs von etwa 16 führt zum Kalium. Addiert man etwa 46 zu dessen Atomgewicht, so erhält man das des Rubidiums, und beinahe derselbe Zuwachs gibt das Atomgewicht des Cäsiums.

Ganz ähnliche Verhältnisse finden auch in den andern Reihen statt, und so ergibt sich, daß die chemischen Eigenschaften der Elemente eine periodische Funktion der Atomgewichte sind. In verschiedenen Gruppen zeigen sich Beziehungen zwischen der Größe des Atomgewichts und dem chemischen Charakter der Elemente. So bilden in Gruppe III und IV die niedern Glieder [* 10] hauptsächlich Säuren, die höhern mehr basische Oxyde, während die mittlern, wie Aluminium, Oxyde bilden, die sich wie schwache Säuren und Basen verhalten. Die der Gruppen VI und VII bilden vorzugsweise Säuren, und diese sind um so stärker, je kleiner das Atomgewicht ist, während in den basenbildenden ¶