MKL1888:Elemente

Elemente, 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 E. als die letzten Bestandteile aller Dinge angenommen. Von größtem Einfluß auf die Naturanschauung vieler Jahrhunderte war die Lehre 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 E. solche Körper auffaßte, welche durch keins der bekannten Mittel weiter zerlegt werden können. Diese Ansicht ist noch heute die herrschende, und indem man eine Reihe von Körpern als einfache oder E. 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 E., 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 jene E. in folgenden Gewichtsverhältnissen:

Sauerstoff	44,0–48,7	Proz.
Silicium	22,8–36,2	„
Aluminium	9,9–6,1	„
Eisen	9,9–2,4	„
Calcium	6,6–0,9	„
Magnesium	2,7–0,1	„
Natrium	2,4–2,5	„
Kalium	1,7–3,1	„

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 E. kommen nur an wenigen Orten und oft in geringen Mengen vor, auch finden sich nur wenige E. 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 E. noch keineswegs erschöpft, fast jedes Jahr bringt neue E.; doch gehören dieselben stets zu den sehr selten oder in sehr geringer Menge vorkommenden, und häufig haben sich angeblich neue E. bei genauerer Untersuchung als Mischungen erwiesen. Die folgende Aufzählung gibt eine Übersicht der E. mit ihren chemischen Symbolen, den Atomgewichten und der Wertigkeit.

Übersicht der Elemente.

Name	Symbol des Atoms	Atom­gewicht	Wertigkeit
Wasserstoff	H	1	I
Aluminium	Al	27,3	II
Antimon	Sb	122	III
Arsen	As	74,9	III
Baryum	Ba	136,8	II
Beryllium	Be	9,0	II
Blei	Pb	206,4	II
Bor	B	11,0	III
Brom	Br	79,75	I
Calcium	Ca	39,9	II
Cäsium	Cs	133,0	I
Cer	Ce	141,2	II
Chlor	Cl	35,37	I
Chrom	Cr	52,4	II
Didym	Di	147,0	II
Eisen	Fe	55,9	II
Erbium	Er	169,0	II
Fluor	Fl	19,1	I
Gallium	Ga	69,9	II
Gold	Au	196,2	III
Indium	In	113,4	II
Iridium	Ir	196,7	IV
Jod	J	126,52	I
Kadmium	Cd	111,6	II
Kalium	K	39,04	I
Kobalt	Co	58,6	II
Kohlenstoff	C	11,97	IV
Kupfer	Cu	63,0	II
Lanthan	La	139,0	II
Lithium	Li	7,01	I
Magnesium	Mg	23,94	II
Mangan	Mn	54,80	II
Molybdän	Mo	95,6	VI
Natrium	Na	22,99	I
Nickel	Ni	58,6	II
Niobium	Nb	94,0	V
Osmium	Os	198,6	IV
Palladium	Pd	106,2	II
Phosphor	P	30,96	III
Platin	Pt	196,7	IV
Quecksilber	Hg	199,8	II
Rhodium	Rh	104,1	II
Rubidium	Rb	85,2	I
Ruthenium	Ru	103,5	IV
Sauerstoff	O	15,96	II
Schwefel	S	31,98	II
Selen	Se	78,0	I
Silber	Ag	107,66	I
Silicium	Si	28,0	IV
Stickstoff	N	14,01	III
Strontium	Sr	87,2	II
Tantal	Ta	182,0	V
Tellur	Te	128,0	II
Thallium	Tl	203,6	I
Thorium	Th	231,5	IV
Titan	Ti	48,0	IV
Uran	U	240,0	II
Vanadin	V	51,2	III
Wismut	Bi	210,0	III
Wolfram	W	184,0	IV
Yttrium	Y	93,0	II
Zink	Zn	64,9	II
Zinn	Sn	117,8	IV
Zirkonium	Zr	90,0	IV

Gewöhnlich teilt man die E. in Metalle und Nichtmetalle und rechnet zu letztern die 15 E.: 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 E. Wert legt. Berücksichtigt man vorwiegend die letztere, so ergeben sich folgende Gruppen:

Chlor Brom Jod Fluor	Sauerstoff Schwefel Selen Tellur	Stickstoff Phosphor Arsen Bor	Silicium Kohlenstoff
Kalium Natrium Lithium Rubidium Cäsium	Calcium Strontium Baryum	Beryllium Magnesium Zink Kadmium	Blei Thallium
Kupfer Silber Quecksilber	Yttrium Lanthan Cer Didym Erbium	Aluminium Indium	Mangan Eisen Kobalt Nickel
Chrom Molybdän Wolfram Uran	Zinn Titan Zirkonium Thorium	Vanad Antimon Wismut Tantal Niob	Gold Platin Ruthenium Rhodium
Palladium Iridium Osmium

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

Zu einem wirklichen natürlichen System der E. 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 E. 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 E. nach ihrer chemischen Natur in Gruppen zusammenstellt und innerhalb derselben nach der Größe der Atomgewichte ordnet; z. B.:

		Unterschied			Unterschied
Stickstoff	14,01		Fluor	19,10
		16,95			16,27
Phosphor	30,96		Chlor	35,37
		43,94			44,38
Arsen	74,90		Brom	79,75
		47,10			46,78
Antimon	122,00		Jod	126,53

Ordnet man sämtliche E. nach der Größe ihrer Atomgewichte, so sieht man beim Durchgehen der Reihe die Eigenschaften von Glied 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 E. nach der Größe der Atomgewichte aufeinander folgen, während in den Vertikalreihen die chemisch ähnlichen E. nach natürlichen Familien geordnet zusammenstehen. Die nebenstehende Tabelle (S. 545) enthält eine solche Anordnung, nach welcher die E. 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 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 E., 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 E., 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.

Noch viele andre Analogien läßt diese Anordnung erkennen. E., 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 steht nahe bei Thallium, Kadmium bei Indium und Zinn, und Vanadin in der Nähe des Phosphors. Vanadinsäuresalze haben große Ähnlichkeit mit manchen Chromsäuresalzen, weshalb ihre E. 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 E. eine periodische Funktion der Atomgewichte sind. In verschiedenen Gruppen zeigen sich Beziehungen zwischen der Größe des Atomgewichts und dem chemischen Charakter der E. So bilden in Gruppe III und IV die niedern Glieder hauptsächlich Säuren, die höhern mehr basische Oxyde, während die mittlern, wie Aluminium, Oxyde bilden, die sich wie schwache Säuren und Basen verhalten. Die E. der Gruppen VI und VII bilden vorzugsweise Säuren, und diese sind um so stärker, je kleiner das Atomgewicht ist, während in den basenbildenden Gruppen I und II um so kräftigere Basen entstehen, je höher das Atomgewicht der E. ist. Auch in andern Gruppen wächst mit dem Atomgewicht der säurebildende Charakter und nimmt der basenbildende ab.

Am deutlichsten tritt der chemische Wert der E. als eine Funktion der Atomgewichte hervor. So bilden die Anfangsglieder der Hauptgruppen die folgenden Verbindungen mit Chlor oder Wasserstoff:

LiCl BeCl2 BCl3 CH4 NH3 OH2 FH.

Der chemische Wert steigt von 1 auf 4 und nimmt ebenso regelmäßig wieder ab. Ähnliches findet sich in andern Reihen:

AgCl CdCl2 InCl3 SnCl4 SbH3 TeH2 JH.

Diese Studien, welche besonders von L. Meyer und Mendelejew verfolgt wurden, führten zur Richtigstellung von Atomgewichten in Fällen, wo, wie bei Molybdän und Uran, das bisher angenommene Atomgewicht eine richtige Einordnung des Elements in das System nicht zuließ. Die Tabelle weist aber auch Lücken auf, welche auf die Existenz noch nicht bekannter E. schließen lassen. Die Stellung dieser Lücken gestattete, die Eigenschaften der noch nicht bekannten E. vorauszusagen, und in zwei Fällen, durch die Entdeckung des Galliums und des Skandiums, haben sich diese Spekulationen als vollkommen begründet erwiesen.

Die in solcher Weise nachgewiesenen Beziehungen der Atomgewichte der E. zu einander scheinen nun aber darauf hinzudeuten, daß die E., welche bisher nicht weiter zerlegt werden konnten, keineswegs wirklich unzerlegbar sind, sondern aus Einheiten höhern Grades bestehen. Diese Annahme wird auch durch manche Experimentaluntersuchungen, welche die elementare Natur mancher E. stark in Zweifel stellen, wesentlich unterstützt. Vgl. Meyer, Die modernen Theorien der Chemie (Braunschw. 1880).

Elemente, in der Mathematik (und ebenso auch in andern Wissenschaften) s. v. w. Grundlehren, z. B. Euklids E.; bisweilen auch s. v. w. verschwindend kleine Teilchen oder Differentiale (s. Differentialrechnung). In der Astronomie nennt man E. diejenigen Bestimmungsstücke der Bahn eines Himmelskörpers, mit Hilfe deren man diese Bahn sowie den Ort des Himmelskörpers in derselben für jede gegebene Zeit finden kann. Diese E. sind: 1) die halbe große Achse; 2) die Exzentrizität; 3) die Neigung der Bahn, d. h. ihr Winkel mit der Ebene der Erdbahn; 4) die Länge des aufsteigenden Knotens; 5) die Länge des Perihels; 6) die mittlere Länge der Epoche (zur Bezeichnung des Ortes, den der Himmelskörper in einem bestimmten Augenblick, in der Epoche, einnimmt) oder statt dessen die Länge des Perihels. Bisweilen gibt man auch noch die mittlere tägliche Bewegung und die Umlaufszeit an, welche bei Planeten und Kometen nach dem dritten Keplerschen Gesetz von der großen Achse abhängen. Bei Doppelsternen sind aber diese beiden E. von der großen Achse unabhängig, und eins derselben muß daher angegeben werden. Auch gibt man hier nicht die Neigung der Bahn gegen die Ekliptik, sondern gegen die Ebene an, welche senkrecht auf der Verbindungslinie des Hauptsterns mit uns steht; statt der Länge des Knotens gibt man mit der Bezeichnung „Knoten“ den Positionswinkel (s. d.) der Durchschnittslinie der Bahnebene mit der erwähnten Ebene an. – Im übertragenen Sinn, anknüpfend an die alte Vorstellung der „vier E.“, ist Element s. v. w. Lebensstoff, Lebensbedingung, dann auch das einem Passende, Behagende, worin man sich frei und ungehindert bewegt, gedeiht etc.; daher die Redensart: „in seinem Element sein“. E. einer Kunst oder Wissenschaft sind die Anfangsgründe derselben (vgl. Elementar).

Die Hauptgruppen der chemischen Elemente.

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Wasserstoff 1

Lithium 7,01

–

Beryllium 9,2

–

Bor 11

–

–

–

Kohlenstoff 11,97

Stickstoff 14,01

–

Sauerstoff 15,96

–

Fluor 19,1

–

–

–

–

–

Natrium 22,99

–

Magnesium 23,94

–

Aluminium 27,3

–

–

–

Silicium 28

Phosphor 30,96

–

Schwefel 31,98

–

Chlor 35,37

–

–

–

–

–

Kalium 39,04

–

–

Calcium 39,90

–

–

–

–

Titan 48

–

Vanadin 51,2

–

Chrom 52,4

–

Mangan 54,8

Eisen 55,9

Nickel 58,6

Kobalt 58,6

–

–

Kupfer 63,1

Zink 64,9

–

Gallium 69,8

–

–

–

–

Arsen 74,9

–

Selen 79

–

Brom 79,75

–

–

–

–

–

Rubidium 85,2

–

–

Strontium 87,2

–

Yttrium 89,6

–

–

Zirkonium 90

–

Niobium 94

–

Molybdän 95,6

–

Ruthenium 103,5

Rhodium 104,1

Palladium 106,2

–

–

–

Silber 107,66

Kadmium 111,6

–

Indium 113,4

–

–

–

Zinn 117,8

Antimon 122

–

Tellur 128 (?)

–

Jod 126,53

–

–

–

–

–

Cäsium 133

–

–

Baryum 136,8

–

Lanthan 139

Cer 141,2

Didym 147

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Erbium 169

–

–

Tantal 182

–

Wolfram 184

–

Osmium 198,6 (?)

Iridium 192,7

Gold 196,2

Platin 196,7

–

–

Quecksilber 199,8

–

–

Thallium 203,6

–

–

–

Blei 206,4

Wismut 210

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Thorium 231,5

–

–

–

Uran 240

–

–

–

–

–