Alternative Periodensysteme

Grundidee alternativer Systeme

Alternative Periodensysteme ordnen oder zeigen die chemischen Elemente anders als das traditionelle Periodensystem. Seit der Entdeckung eines systematischen Zusammenhangs zwischen Atommasse und chemischen Eigenschaften wurden mehrere Vorschläge neben der Ordnung von Dimitri Iwanowitsch Mendelejew (1834–1907) und Lothar Meyer (1830–1895) entwickelt. In der Chemie blieb jedoch deren Periodensystem allgemein üblich.

Manche grafischen Darstellungen machen innere Beziehungen zwischen Elementen durch Vektoren und Klammern sichtbar. Sie werden als Periodensysteme in Form geordneter Hypergraphen bezeichnet.

Anordnung nach Elektronenblöcken

Charles Janet ordnete die Elemente in Blöcken an: f-, d-, p- und s-Block. Ein Block fasst Elemente nach den energiereichsten Orbitalen ihrer Elektronenhülle zusammen. Orbitale sind Bereiche beziehungsweise Zustände, die zur Beschreibung der Elektronen in einem Atom verwendet werden.

Dieses Periodensystem wird heute gelegentlich noch in der Physik verwendet. Die dargestellte Ordnung reicht von Wasserstoff (1, H) und Helium (2, He) bis zu den Elementen 119 Uue und 120 Ubn.

Räumliche und spiralförmige Darstellungen

Theodor Benfeys Systematik ordnet die Elemente spiralförmig an. Wasserstoff steht im Mittelpunkt; um ihn herum folgen Elemente mit zunehmend größerer Masse.

Weitere ähnliche Konzepte zeigen das Periodensystem beispielsweise kreisförmig, pyramidenförmig oder ebenfalls spiralförmig. Genannt werden Darstellungen von Jan Scholten, Robert W. Harrison und dem kanadischen Künstler Alexander Braun.

Das Blumen-Periodensystem ist räumlich aufgebaut. Es stellt die Elemente nach steigender Ordnungszahl als aufgewickeltes Band dar. Nebengruppenelemente sowie Actinoide und Lanthanoide bilden jeweils eine Schleife neben den Hauptgruppenelementen.

Dreidimensionale und polynomiale Ordnung

Das nach Timothy Stowe benannte Periodensystem ist dreidimensional. Seine drei Achsen stehen für die Hauptquantenzahl, die Nebenquantenzahl und die magnetische Quantenzahl.

Das Bettermannsche Periodensystem wird aus isoelektronischen Reihen der Elemente abgeleitet. Isoelektronisch bedeutet, dass Teilchen die gleiche Elektronenzahl besitzen. Eugenie Lisitzin zeigte 1936, dass diese Reihe als Polynom dargestellt werden kann. Auch die Valenzelektronen, also die Elektronen der äußeren Atomhülle, zeigen ein ähnliches Verhalten. Die Elemente können dabei nach Parametern dieser Polynome oder nach ihren Valenzelektronen geordnet werden.

Eindimensionale Mendelejew-Zahl

Zahed Allahyari und Artem R. Oganov vom Skolkowo-Institut für Wissenschaft und Technologie in Moskau veröffentlichten 2020 im Journal of Physical Chemistry ein eindimensionales Ordnungsschema. Die Elemente werden darin entsprechend ihrer „Ähnlichkeit“ hinsichtlich Atomradius und Elektronegativität hintereinander angeordnet. Diese Reihenfolge heißt Mendelejew-Zahl; die Bezeichnung lehnt sich an Dmitri Mendelejew an.

Für den variablen Atomradius legten die Forschenden eine bestimmte Elementkonfiguration fest: die primitive kubische Struktur. Dabei befindet sich an jeder Ecke der würfelförmigen Elementarzelle ein Atom des Elements. Die universale Reihenfolge ergibt sich aus der Lage der Elemente auf einer Regressionsgeraden in einem Diagramm, in dem Elektronegativität gegen Atomradius aufgetragen wird. Wasserstoff steht dort auf Position 90, vor Neon (91) und Helium (92).

Ein Ordnungskonzept auf Grundlage einer Mendelejew-Zahl hatte bereits der englische Chemiker David Pettifor 1984 vorgeschlagen. Allahyari und Oganov vermuten, dass sich mit ihrer Systematik neue Materialien mit nützlichen Eigenschaften, etwa Härte oder magnetischem Verhalten, leichter identifizieren lassen.