Grundstoffernes periodiske system

Det periodiske system – forstå det periodiske system på 9 minutter

Det periodiske system sætter grundstofferne på formel. Men hvem opfandt det, og hvad betyder numrene? Bliv klogere på systemet og kom tættere på forskernes arbejde med at finde nye grundstoffer.

Det periodiske system sætter grundstofferne på formel. Men hvem opfandt det, og hvad betyder numrene? Bliv klogere på systemet og kom tættere på forskernes arbejde med at finde nye grundstoffer.

Shutterstock

Hvad er det periodiske system?

Det periodiske system er et system, der viser alle kendte grundstoffer, og sætter dem i et skema der hjælper forskerne til at forstå grundstoffernes relation til hinanden.

Der bliver den dag i dag stadig opdaget nye grundstoffer gennem eksperimenter med partikelacceleratorer.

OVERSIGT: Grundstofferne i det periodiske system

Det periodiske system
© Shutterstock

Det periodiske system er en systematisk sortering af grundstofferne efter atomnummer. Systemet er bygget op i grupper: Hovedgrupperne 1-18 svarer til de lodrette søjler i systemet; de vandrette rækker kaldes “perioder”.

De grundstoffer, der står i samme gruppe, har kemiske egenskaber, der er sammenlignelige, fx er alle grundstoffer i hovedgruppe 18 ædelgasser, mens de i hovedgruppe 17 alle er såkaldte halogener.

Perioderne i det periodiske system er de vandrette grupperinger af grundstofferne. Grundstoffer placeres i periode med andre grundstoffer, der har samme antal elektronskaller omkring deres atomkerne.

Hvem opfandt det periodiske system?

Det periodiske system blev udviklet af den russiske kemiker Dmitrij Mendelejev i 1869. Dengang kendte man kun til 63 grundstoffer.

Mendelejev opdagede, at hvert syvende grundstof havde egenskaber tilfælles, når han opstillede dem efter deres vægt.

På bagsiden af en konvolut opstillede han grundstofferne i 18 såkaldte grupper – de lodrette kolonner – efter ligheder i stoffernes kemiske opførsel.

Vandret blev grundstofferne opstillet i syv såkaldte perioder, der angiver, hvor mange skaller stofferne har omkring sig med elektroner i.

Den russiske kemiker efterlod huller i sit periodiske system til grundstoffer, som endnu ikke var opdaget.

Efterhånden som der blev opdaget nye grundstoffer, der passede ind i hullerne i Mendelejevs tabel, blev det periodiske system bredt anerkendt.

Det periodiske systems grundlægger – Dmitrij Mendelejev

Dmitrij Mendelejev opfandt det periodiske system i 1869. I 1955 blev grundstof nr. 101 opkaldt mendelevium til hans ære.

© Wikimedia Commons

Det er dog blot et spørgsmål om tid, før det periodiske system skal udvides yderligere.

Overalt i verden kæmper kemikere om at blive de første til at udvide det periodiske system med grundstof nummer 119.

Hvad betyder tallene i det periodiske system?

Det var først i 1913, da Niels Bohr fremsatte sin atomteori, at man fik en teoretisk forklaring på grundstoffernes opførsel.

Bohr opstillede den teori, at et atom er bygget op af en kerne med protoner og nogle gange neutroner.

Antallet af protoner og neutroner afgør vægten. Grundstofferne har stigende atomnumre. Atomnummeret afspejler antal protoner i kernen.

Det letteste grundstof i det periodiske system er brint, som har én proton i kernen og har atomnummer 1. Det højeste naturlige grundstof er plutonium med 94 protoner, som har atomnummer 94.

Plutonium blev føjet til det periodiske system sammen med neptunium (nummer 93) i slutningen af 1940, da forskere fra University of California, Berkeley dannede stofferne ved beskydning af uran med neutroner og kerner af tungt brint.

Først flere år senere blev de to grundstoffer fundet naturligt i naturen i meget små mængder.

Hvordan læses det periodiske system?

De lodrette kolonner i det periodiske system er inddelt efter gruppe. Grupperne er grundstoffer med samme kemiske egenskaber, fx er alle grundstoffer i gruppe 18 ædelgasser. Det periodiske system har i alt 18 nummererede grupper.

De vandrette kolonner i systemet er perioderne. De syv perioder angiver, hvor mange skaller stofferne har omkring sig med elektroner i.

Hvorfra får grundstofferne deres navne?

De fleste navne i de periodiske system har en specielt betydning. Nogle er navngivet efter berømte forskere som fx einsteinium, der blev opdaget i forbindelse med sprængningen af den første hydrogenbombe.

Andre er navngivet efter de steder, de er opdaget som fx germanium, der blev opdaget i Tyskland.

Der er også grundstoffer, der er navngivet efter mytologi, fx thorium efter tordenguden Thor, eller særlige egenskaber, fx det ildelugtende stof brom, som kommer fra det græske ord bromos, der betyder ‘stank’.

Thorium

Nogle grundstoffer, fx Thorium, har navne fra mytologi.

© Shutterstock

Hvad kan det periodiske system bruges til?

Det periodiske system har gjort det muligt at organisere grundstofferne på en måde, der gør det let at overskue, hvordan forskellige stoffer reagerer med hinanden. Fx er natrium meget eksplosivt, og klor er meget giftigt, men når de to grundstoffer går sammen og danner natriumklorid, bliver de til en gavnlig kemisk forbindelse – nemlig køkkensalt.

Den viden om grundstoffernes interaktion har haft en enorm betydning for udviklingen af mange teknologier, nye materialer, medicin og fødevareproduktion.

Mange af de højteknologiske produkter, der er blevet en del af vores hverdag, udnytter særlige egenskaber ved bestemte grundstoffer – fra fladskærme og solceller (indium og gallium) til smartphones (tantal) og brændselsceller (platin).

Det vigtigste grundstof i al moderne elektronik er silicium. Silicium er en såkaldt halvleder, der har elektrisk ledningsevne i en grad, der ligger mellem et metal (fx kobber) og en isolator (såsom glas). Halvledere er grundlaget for blandt andet transistorer, solceller, lysdioder samt digitale og analoge integrerede kredsløb i computere og telefoner.

Mange af de grundstoffer, der bruges i elektronik, er så sjældne, at de ikke kan følge med den øgede produktion i fremtiden.

Men det kan de kunstigt fremstillede grundstoffer i det periodiske system (fra nummer 94 og frem) måske lave om på.

Kunstige grundstoffer udvider det periodiske system

Tunge grundstoffer bliver brugt i alt fra røgalarmer (americium) til atomvåben (plutonium), men de kunstigt fremstillede supertunge grundstoffer henfalder på en brøkdel af et sekund og kan derfor ikke bruges i praksis endnu.

Hvornår det lykkes at gøre supertunge grundstoffer stabile nok til at kunne anvendes i nye materialer, vides ikke. Første skridt på vejen er at skabe nye grundstoffer med et hidtil uhørt højt atomnummer.

Partikelacceleratorer udbygger det periodiske system ved at smelte lettere atomkerner sammen og danne nye supertunge grundstoffer. Processen kræver stor præcision og mange forsøg, før et nyt grundstof opstår.

Sådan skabes nye tunge grundstoffer til det periodiske system
© Claus Lunau

1. Accelerator giver fart

Hvis forskerne vil skabe grundstof nummer 115, moscovium, sendes lette kalciumatomer ind i en partikelaccelerator. Billioner af atomer sendes afsted hvert sekund i flere måneder.

Sådan skabes nye tunge grundstoffer til det periodiske system
© Claus Lunau

2. Tungt stof beskydes

Kalcium rammer tungere atomer af americium, der sidder på en roterende skive. Ved præcis den rigtige kollisionskraft smelter de sammen til det nye stof.

Sådan skabes nye tunge grundstoffer til det periodiske system
© Claus Lunau

3. Magneter sorterer

Partiklerne fra sammenstødene farer gennem et magnetfelt, hvor de kendte grundstoffer frasorteres. Kun de tungeste grundstoffer farer videre.

Sådan skabes nye tunge grundstoffer til det periodiske system
© Claus Lunau

4. Detektor finder nyt stof

Atomernes hastighed og masse måles i en detektor. Her registreres det nye grundstof og de lettere grundstoffer, som det hurtigt henfalder til.

Fysikere ved det japanske forskningscenter Riken er begyndt at lede efter grundstof nummer 119, der foreløbig har fået navnet ununennium.

Rikens direktør, Hideto En’yo, mener, at både grundstof 119 og 120 bliver opdaget inden 2023. I så fald bliver grundstofferne de første i det periodiske systems ottende periode.

De fem nyeste grundstoffer i det periodiske system

  • Nihonium (Nh), nr. 113
    I 2004 opdagede japanske forskere nihonium, og grundstoffet er blevet opkaldt efter de japanske forskningsresultater.
    Nihon er japansk for “Japan”, og grundstoffet blev officielt føjet til det periodiske system i 2015.

  • Moscovium (Mc), nr. 115
    Moscovium blev opdaget i 2003 af amerikanske og russiske forskere. Det blev tilføjet til det periodiske system i 2015.
    Grundstoffet er opkaldt efter den russiske hovedstad, Moskva, og det internationale forskningsinstitut i atomkraft, der ligger i Dubna i den vestlige del af regionen.

  • Tennessin (Ts), nr. 117
    Tennessin blev opdaget af amerikanske og russiske forskere i 2010. Fem år senere fik det plads i det periodiske system.
    Grundstoffet er opkaldt efter den amerikanske delstat Tennessee, da det blandt andet var forskere fra Oak Ridge National Laboratory i Tennessee, USA, der opdagede det.

  • Oganesson (Og), nr. 118
    Amerikanske og russiske forskere opdagede oganesson i 2002, og i 2015 blev det føjet til det periodiske system.
    Grundstoffet er opkaldt efter den store russiske fysiker Yuri Oganessian.

  • Livermorium (Lv), nr. 116
    Grundstoffet blev opdaget i 2000 og er føjet til det periodiske system i 2011 sammen med flerovium (nr. 114). Årsagen til, at 114 og 116 blev opdaget før 113 og 115, er, at grundstoffer med et lige antal protoner er lidt mere stabile end de med et ulige antal. Derfor er grundstoffer med et lige antal protoner også lettere at fremstille.