Forstå det periodiske systemet på 9 minutter

Det periodiske system vokser

Like før nyttår i 2015 kunngjør den internasjonale organisasjonen for kjemiske vitenskaper, IUPAC, en nyhet som rammer kjemiens verden som et bombenedslag.

Etter i flere år å ha gransket data og vitenskapelige artikler føyer IUPAC offisielt fire nye grunnstoffer med numrene 113, 115, 117 og 118 til det periodiske systemet.

Den japanske nobelprisvinneren Ryoji Noyori fra forskningsinstituttet Riken Nishina Center for Accelerator-Based Science, som sto bak oppdagelsen av grunnstoff nummer 113, er ekstatisk over nyheten.

«For forskere er det av større verdi enn en olympisk gullmedalje», sier han.

Og det er stort. De fire nye grunnstoffene er de første som er føyd til det periodiske systemet siden 2011. Og for første gang i historien er det periodiske systemet nå komplett.

VIDEO: Slik skapes og måles supertunge grunnstoffer til det periodiske systemet

Det periodiske systemet vokser takket være forskernes suksess med å skape supertunge grunnstoffer i laboratorier. Her forteller amerikanske kjemikere fra Lawrence Berkeley National Laboratory hvordan de skaper og måler supertunge grunnstoffer.

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.

OVERSIKT: Grunnstoffene i det periodiske systemet

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.

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.

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.

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.

Kvikksølv – det mest flytende grunnstoffet i det periodiske systemet

Kvikksølv har atomnummer 80 i det periodiske systemet, og det er det eneste metallet som er flytende ved romtemperatur. Egenskapen har gitt stoffet en særstatus blant metaller opp gjennom historien.
Kvikksølv er funnet i egyptiske graver fra 1500 år f.Kr., og over hele verden ble det i antikken brukt til medisinske og kosmetiske formål, noe som mellom fikk katastrofale følger i form av vansirede ansikter. Stoffet er nemlig ekstremt giftig.
Likevel har kvikksølv vært brukt i blant annet termometre, barometre, blodtrykksmålere og andre måleinstrumenter. Det flytende og skinnende blanke metallet brukes dessuten som speil i teleskoper.
Technetium – det første kunstige grunnstoffet i det periodiske systemet

Technetium har nummer 43 i det periodiske systemet, og grunnstoffet var det første som ble produsert kunstig. Alle isotoper av stoffet er radioaktive og henfaller derfor raskt etter dannelsen.
Technetiums kjemiske egenskaper ble allerede i 1871 forutsagt av det periodiske systemets oppfinner, Dmitrij Mendelejev, men først i 1936 lyktes det forskere fra universitetet i Palermo i Italia å produsere det i laboratoriet.
Navnet technetium stammer fra gresk og betyr «kunstig».
Neodym – det mest tiltrekkende grunnstoffet i det periodiske systemet

Neodym er et sølvhvitt metall med nummer 60 i det periodiske systemet.
Det brukes til å produsere verdens kraftigste magneter, som blant annet brukes i harddisker, hodetelefoner og vindmøller.
Hydrogen – det vanligste (og letteste) grunnstoffet i det periodiske systemet

Hydrogen eller hydrogen er det letteste grunnstoffet i det periodiske systemet. Derfor har det atomnummeret 1. Hydrogen utgjør også 75 prosent av all masse og er dermed det vanligste grunnstoffet i universet.
Sammen med helium er det også det eldste grunnstoffet, fordi det ble dannet i big bang, mens de tyngre grunnstoffene er dannet senere i stjerner.
Hydrogen finnes også i store mengder på jorden – alle vannmolekyler inneholder to hydrogenatomer, og om lag 60 prosent av atomene i menneskekroppen er hydrogenatomer.