Det periodiske systemet – grunnstoffenes periodiske system

Det periodiske systemet – forstå det periodiske systemet på 9 minutter

Det periodiske systemet setter grunnstoffene på formel. Men hvem fant det opp, og hva betyr tallene? Lær mer om systemet og kom nærmere forskernes arbeid med å finne nye grunnstoffer.

Det periodiske systemet setter grunnstoffene på formel. Men hvem fant det opp, og hva betyr tallene? Lær mer om systemet og kom nærmere forskernes arbeid med å finne nye grunnstoffer.

Shutterstock

Hva er det periodiske systemet?

Det periodiske systemet er et system som viser alle kjente grunnstoffer, og setter dem i et skjema som hjelper forskerne til å forstå grunnstoffenes relasjon til hverandre. Det blir den dag i dag fortsatt oppdaget nye grunnstoffer gjennom eksperimenter ved hjelp av partikkelakseleratorer.

OVERSIKT: Grunnstoffene i det periodiske systemet

Det periodiske systemet
© Shutterstock

Det periodiske systemet er en systematisk sortering av grunnstoffene etter atomnummer. Det periodiske systemet er bygget opp i grupper: Hovedgruppene 1–18 svarer til de loddrette søylene i systemet; de vannrette rekkene kalles «perioder».

De grunnstoffene som står i samme gruppe, har kjemiske egenskaper som er sammenlignbare, for eksempel er alle grunnstoffer i hovedgruppe 18 edelgasser, mens de i hovedgruppe 17 alle er såkalte halogener.

Periodene i det periodiske systemet er de vannrette grupperingene av grunnstoffene. Grunnstoffer plasseres i periode med andre grunnstoffer som har samme antall elektronskall omkring atomkjernen sin.

Hvem fant opp det periodiske systemet?

Det periodiske systemet ble utviklet av den russiske kjemikeren Dmitrij Mendelejev i 1869. Den gang kjente man bare til 63 grunnstoffer.

Mendelejev oppdaget at hvert sjuende grunnstoff hadde egenskaper til felles når han stilte dem opp etter vekt.

På baksiden av en konvolutt stilte han opp grunnstoffene i 18 såkalte grupper – de loddrette kolonnene – etter likheter i stoffenes kjemiske oppførsel.

Vannrett ble grunnstoffene etablert i sju såkalte perioder som angir hvor mange skaller stoffene har omkring seg med elektroner i.

Den russiske kjemikeren etterlot hull i sitt periodiske system til grunnstoffer som fortsatt ikke var oppdaget.

Etter hvert som det ble oppdaget nye grunnstoffer som passet inn i hullene i Mendelejevs tabell, ble det periodiske systemet bredt anerkjent.

Det periodiske systemets grunnlegger – Dmitrij Mendelejev

Dmitrij Mendelejev fant opp det periodiske systemet i 1869. I 1955 ble grunnstoff nummer 101 døpt mendelevium til hans ære.

© Wikimedia Commons

Det er imidlertid bare et spørsmål om tid før det periodiske systemet må utvides enda mer.

Overalt i verden kjemper kjemikere om å bli de første til å utvide det periodiske systemet med grunnstoff nummer 119.

Hva betyr tallene i det periodiske system?

Det var først i 1913, da Niels Bohr framsatte atomteorien sin, at man fikk en teoretisk forklaring på grunnstoffenes oppførsel.

Bohr etablerte teorien om at et atom er bygget opp av en kjerne med protoner og noen ganger nøytroner.

Antallet protoner og nøytroner avgjør vekten. Grunnstoffene har stigende atomnummer. Atomnummeret avspeiler antall protoner i kjernen.

Det letteste grunnstoffet i det periodiske systemet er hydrogen, som har ett proton i kjernen og har atomnummer 1. Det høyeste naturlige grunnstoffet er plutonium, med 94 protoner, som har atomnummer 94.

Plutonium ble føyd til det periodiske systemet sammen med neptunium (nummer 93) på slutten av 1940, da forskere fra University of California dannet stoffene ved beskytning av uran med nøytroner og kjerner av tungt hydrogen.

Først flere år senere ble de to grunnstoffene funnet naturlig i naturen i veldig små mengder.

Hvordan leses det periodiske systemet?

De loddrette kolonnene i det periodiske systemet er delt inn etter gruppe. Gruppene er grunnstoffer med samme kjemiske egenskaper, for eksempel er alle grunnstoffer i gruppe 18 edelgasser. Det periodiske systemet har i alt 18 nummererte grupper.

De vannrette radene i systemet er periodene. De syv periodene angir hvor mange skall stoffene har omkring seg med elektroner i.

Hvor får grunnstoffene navnene sine fra?

De fleste navnene i de periodiske systemet har en spesielt betydning. Noen er navngitt etter berømte forskere, som for eksempel einsteinium, som ble oppdaget i forbindelse med sprengningen av den første hydrogenbomben.

Andre er navngitt etter de stedene de er oppdaget, som for eksempel germanium, som ble oppdaget i Tyskland.

Det er også grunnstoffer som er navngitt etter mytologi, for eksempel thorium etter tordenguden Tor, eller egne egenskaper, for eksempel det illeluktende stoffet brom, som kommer fra det greske ordet bromos som betyr «stank».

Thorium

Noen grunnstoffer, for eksempel thorium, navn fra mytologi.

© Shutterstock

Hva kan det periodiske system brukes til?

Det periodiske systemet har gjort det mulig å organisere grunnstoffene på en måte som gjør det lett å få oversikt over hvordan ulike stoffer reagerer med hverandre. For eksempel er natrium veldig eksplosivt, og klor er veldig giftig, men når de to grunnstoffene går sammen og danner natriumklorid, blir de til en gunstig kjemisk forbindelse – nemlig bordsalt.

Den kunnskapen om grunnstoffenes interaksjon har hatt en enorm betydning for utviklingen av mange teknologier, nye materialer, medisiner og matvareproduksjon.

Mange av de høyteknologiske produktene som har blitt en del av hverdagen vår, utnytter bestemte egenskaper ved bestemte grunnstoffer – fra flatskjermer og solceller (indium og gallium) til smarttelefoner (tantal) og brenselceller (platina).

Det viktigste grunnstoffet i all moderne elektronikk er silisium. Silisium er en såkalt halvleder som har elektrisk ledningsevne i en grad som ligger mellom et metall (for eksempel kobber) og en isolator (slik som glass). Halvledere er grunnlaget for blant annet transistorer, solceller, lysdioder samt digitale og analoge integrerte kretsløp i datamaskiner og telefoner.

Mange av de grunnstoffene som brukes i elektronikk, er så sjeldne at de ikke kan følge med den økte produksjonen i framtiden.

Men det kan de kunstig produserte grunnstoffene i det periodiske systemet (fra nummer 94 og fram) kanskje gjøre om på.

Kunstige grunnstoffer utvider det periodiske system

Tunge grunnstoffer blir brukt i alt fra brannalarmer (americium) til atomvåpen (plutonium), men de kunstig produserte supertunge grunnstoffer henfaller på en brøkdel av et sekund og kan derfor ikke brukes i praksis enda.

Når det lykkes å gjøre supertunge grunnstoffer stabile nok til å kunne brukes i nye materialer, vites ikke. Første skritt på veien er å skape nye grunnstoffer med et enda høyere atomnummer.

Partikelakseleratorer bygger ut det periodiske systemet ved å smelte sammen lettere atomkjerner og danne nye supertunge grunnstoffer. Prosessen krever stor presisjon og mange forsøk.

Slik skapes nye tunge grunnstoffer til det periodiske systemet
© Claus Lunau

1. Akselerator gir fart

Hvis forskerne vil skape grunnstoff nummer 115, moscovium, sendes lette kalsiumatomer inn i en partikkelakselerator. Billioner av atomer sendes av sted hvert sekund i flere måneder.

Slik skapes nye tunge grunnstoffer til det periodiske systemet
© Claus Lunau

2. Tungt stoff beskytes

Kalsium treffer tyngre atomer av americium som sitter på en roterende skive. Ved akkurat den riktige kollisjonskraften smelter de sammen til det nye stoffet.

Slik skapes nye tunge grunnstoffer til det periodiske systemet
© Claus Lunau

3. Magneter sorterer

Partiklene fra sammenstøtene farer gjennom et magnetfelt, hvor de kjente grunnstoffene sorteres ut. Bare de tyngste grunnstoffene farer videre.

Slik skapes nye tunge grunnstoffer til det periodiske systemet
© Claus Lunau

4. Detektor finner nytt stoff

Atomenes hastighet og masse måles i en detektor. Her registreres det nye grunnstoffet og de lettere grunnstoffene som det raskt henfaller til.

Fysikere ved det japanske forskningssenteret Riken har allerede begynt å lete etter grunnstoff nummer 119, som foreløpig har fått navnet ununennium.

Rikens direktør, Hideto En'yo, mener at både grunnstoff 119 og 120 blir oppdaget før 2023. I så fall blir grunnstoffene de første i det periodiske systemets åttende periode.

De fem nyeste grunnstoffene i det periodiske systemet

  • Nihonium (Nh), nr. 113
    I 2004 oppdaget japanske forskere nihonium, og grunnstoffet har blitt oppkalt etter de japanske forskningsresultatene.
    Nihon er japansk for «Japan», og grunnstoffet ble offisielt føyd til det periodiske systemet i 2015.

  • Moscovium (Mc), nr. 115
    Moscovium ble oppdaget i 2003 av amerikanske og russiske forskere. Det ble lagt til til det periodiske systemet i 2015.
    Grunnstoffet er oppkalt etter den russiske hovedstaden, Moskva, og det internasjonale forskningsinstituttet i kjernekraft som ligger i Dubna i den vestlige delen av regionen.

  • Tennessin (Ts), nr. 117
    Tenness ble oppdaget av amerikanske og russiske forskere i 2010. Fem år senere fikk det plass i det periodiske systemet.
    Grunnstoffet er oppkalt etter den amerikanske delstaten Tennessee, da det blant annet var forskere fra Oak Ridge National Laboratory i Tennessee som oppdaget det.

  • Oganesson (Og), nr. 118
    Amerikanske og russiske forskere oppdaget oganesson i 2002, og i 2015 ble det føyd til det periodiske systemet.
    Grunnstoffet er oppkalt etter den store russiske fysikeren Yuri Oganessian.

  • Livermorium (Lv), nr. 116
    Grunnstoffet ble oppdaget i 2000 og er føyd til det periodiske systemet i 2011 sammen med flerovium (nummer 114). Årsaken til at 114 og 116 ble oppdaget før 113 og 115, er at grunnstoffer med et likt antall protoner er litt mer stabile enn de med et ulike antall. Derfor er grunnstoffer med et likt antall protoner også lettere å produsere.