Zeit für eine neue Ordnung

In der aktuellen Ausgabe von „Spektrum der Wissenschaft“ gibt Guillermo Restrepo einen hervorragenden Überblick über die historische Entwicklung des Periodensystems der Elemente mit seinen verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten und der in ihm zugrunde liegenden mathematischen Struktur. Hierbei betrachtet er das Periodensystem als abstraktes Objekt, das durchaus auch in anderen Wissenschaften Anwendung findet.

Guillermo Restrepo folgt einem computergestützten Ansatz um den Prozess der Entwicklung des Periodensystems aufzuzeigen, welcher sich aus der rasanten Entdeckung neuer chemischer Elemente und der damit einhergehenden Erweiterung des chemischen Raumes ergeben. Diese Entwicklung wird zu einem mächtigen Werkzeug, um die Geschichte des Periodensystems zu analysieren und entscheidende Fragen für seine Gegenwart und Zukunft zu stellen.

Sowohl dem Artikel als auch in seiner Forschung belegen Restrepo und seine Kollegen, dass die mathematische Struktur des Periodensystems einem geordneten Hypergraphen entspricht, bei dem die Reihenfolge der chemischen Elemente mit ihren Ähnlichkeiten verflochten ist. Diese verflochtene Struktur von Ordnung und Ähnlichkeit widerspiegelt die abstrakte Struktur des Periodensystems, die es ermöglicht, chemische Elemente durch beliebige andere Objekte zu ersetzen, sie zu ordnen und zu klassifizieren, um periodische Systeme in anderen Bereichen zu erhalten. Ersetzt man beispielsweise chemische Elemente durch Länder und ordnet diese nach sozialen Indikatoren und klassifiziert sie nach kultureller Ähnlichkeit, so erhält man ein periodisches System von Ländern, dessen Vorhersagepotenziale es zu erforschen gilt.

Diesen intrinsischen Entwicklungsprozess des Periodensystems chemischer Elemente haben Restrepo und seine Kollegen kürzlich durch eine computergestützte Analyse aller zwischen 1800 und 1869 gemeldeten Stoffe bewiesen. Indem sie die chemischen Elemente nach den verschiedenen Atomgewichten des 19. Jahrhunderts ordneten und die Elemente nach der chemischen Ähnlichkeit ihrer damals bekannten Verbindungen klassifizierten, stellten sie fest, dass das in den 1860er Jahren formulierte Periodensystem bereits von den Substanzen des chemischen Raums der 1840er Jahre gebildet wurde. Dies stellt die historische Darstellung in Frage, wonach die 1860er Jahre der korrekte Zeitpunkt für die Formulierung des Systems waren, und wirft Fragen auf zu den Gründen für eine Diskrepanz von etwa 25 Jahren, die zwischen einem vollständig ausgebildeten chemischen Raum und der Formulierung des Periodensystems der Elemente liegen.