Periodesystemet forklart: Kjemiens hemmelighet i 118 elementer

Periodesystemet – naturens største mysterium løst

I 1869 publiserte den russiske kjemikeren Dmitrij Mendelejev en versjon av grunnstoffenes periodesystem, ifølge Store norske leksikon. Han ordnet grunnstoffene etter økende atomnummer og satte grunnstoffer med lignende kjemiske egenskaper i samme kolonne. Da han så at mønsteret ikke passet helt, lot han fire plasser stå tomme. Senere fant man at grunnstoffene scandium, gallium, germanium og hafnium passet inn på disse plassene, ifølge Store norske leksikon.

I dag er periodesystemet en todimensjonal tabell som viser alle kjente grunnstoffer. Hvert grunnstoff har et atomnummer som tilsvarer antallet protoner i kjernen, ifølge Store norske leksikon. Systemet begynner med hydrogen og ender med oganesson, som har atomnummer 118, ifølge Store norske leksikon.

Når man forstår periodesystemet, får man en oversikt over grunnstoffenes egenskaper og hvordan de danner bindinger. Alt i omgivelsene består av grunnstoffer som finnes i denne tabellen.

Hva er et kjemisk element?

Et kjemisk element, eller grunnstoff, er et rent stoff som ikke kan deles opp i enklere stoffer uten å miste sin identitet. Alle atomene i et grunnstoff har samme antall protoner i atomkjernen, ifølge Store norske leksikon. Det finnes 118 grunnstoffer, som hydrogen, karbon, nitrogen, jern og gull, ifølge Store norske leksikon.

Atomer er svært små. Størrelsen på ett atom varierer fra 0,1 nanometer til noen få ganger større, noe som betyr at man må legge rundt 100 millioner atomer etter hverandre i rekke for hver centimeter, ifølge Store norske leksikon.

Dmitrij Mendelejev – mannen bak periodesystemet

Dmitrij Mendelejev (1834–1907) var en russisk kjemiker som studerte ved universitetet i Sankt Petersburg og ble professor i kjemi i 1863, ifølge Store norske leksikon.

Han tok doktorgraden i 1865 og skrev sin mest berømte lærebok i kjemi i 1868–1870, ifølge Store norske leksikon.

På 1860-tallet kjente man til om lag 60 grunnstoffer, ifølge Store norske leksikon. Mendelejev lot fire plasser stå tomme i tabellen sin, og senere fant man at grunnstoffene scandium, gallium, germanium og hafnium passet inn på disse plassene, ifølge Store norske leksikon. Gallium ble oppdaget i 1875 av den franske kjemikeren Lecoq de Boisbaudran, ifølge Store norske leksikon, og passet inn i Mendelejevs system.

Mendelejev interesserte seg også for kjemiens anvendelser, særlig utnyttelsen av Russlands naturressurser som kull, salt, metaller og petroleum. I 1890 tok han avskjed fra professorstillingen, og i 1893 ble han direktør for det russiske justervesenet, ifølge Store norske leksikon.

Hvordan periodesystemet er organisert

Periodesystemet er ordnet i syv horisontale rader som kalles perioder, og 18 vertikale kolonner som kalles grupper, ifølge Store norske leksikon. Grunnstoffene i samme gruppe har lignende kjemiske egenskaper fordi atomene har samme antall elektroner i det ytterste skallet, og grunnstoffene i hver periode endrer seg gradvis fra metaller i gruppe 1 til halvmetaller og ikke-metaller lengre ut, ifølge Store norske leksikon.

Grunnstoffene deles inn i kategorier etter egenskaper. Metaller finnes i hovedsak på venstre side og i midten av tabellen, mens ikke-metaller finnes fra gruppe 13 og utover, ifølge Store norske leksikon.

I periodesystemet er metaller markert med blå farge, halvmetaller med grønn farge og ikke-metaller med rød farge. Radioaktive grunnstoffer har et rundt symbol, og menneskeskapte grunnstoffer har et symbol av et menneske, ifølge Store norske leksikon. Flere grupper har egne navn. Grunnstoffene i gruppe 1 kalles alkalimetaller, i gruppe 2 jordalkalimetaller, i gruppe 17 halogener og i gruppe 18 edelgasser, ifølge Store norske leksikon.

Alkalimetallene har for eksempel ett elektron i ytterste skall og danner ioner med ladning +1, ifølge Store norske leksikon.

Tall som forteller historien

Periodesystemet inneholder 118 grunnstoffer ordnet etter atomnummer fra 1 til 118, ifølge Store norske leksikon. Atomnummeret tilsvarer antallet protoner i kjernen, og viser også om grunnstoffet finnes naturlig eller er menneskeskapt. I hovedsak finnes det 90 naturlige grunnstoffer på Jorden, ifølge Store norske leksikon.

Atomene fra innsiden: Protoner, nøytroner og elektroner

Et atom består av en kjerne med positivt ladde protoner og elektrisk nøytrale nøytroner, samt elektroner som befinner seg utenfor kjernen, ifølge Store norske leksikon.

Antallet protoner bestemmer hvilket grunnstoff atomet tilhører, og atomnummeret i periodesystemet er lik antallet protoner. Atomkjernen deler seg ikke i kjemiske reaksjoner, men protoner eller nøytroner kan rives løs ved bestråling i en partikkelakselerator.

Elektronene er gruppert i skall rundt kjernen. Alle grunnstoffatomer i samme hovedgruppe har samme antall elektroner i ytterste elektronskall, ifølge Store norske leksikon.

Denne elektronkonfigurasjonen kan brukes til å forutsi hvilken ladning atomet får når det danner ioner. For eksempel danner alkalimetallene ioner med ladning +1, ifølge Store norske leksikon.

Periodesystemet i norsk skole

Periodeloven ble tatt i bruk i Norge fra 1880-tallet, og ble blant annet brukt i Thorstein Hallager Hiortdahls lærebok i kjemi, ifølge Store norske leksikon. I norsk skole kom periodesystemet først inn i lærebøkene fra ca. 1960, ifølge Store norske leksikon.

Metaller, ikke-metaller og halvmetaller

Periodesystemet deles inn i metaller, halvmetaller og ikke-metaller.

Grunnstoffer det er nyttig å kjenne til

Periodesystemet inneholder 118 grunnstoffer, ifølge Store norske leksikon, og mange har egenskaper som gjør dem interessante i hverdagen eller i forskning. Her er noen eksempler:

• Natrium (Na): Et alkalimetall som finnes i vanlig salt som brukes i mat, ifølge Lille norske leksikon.
• Kalsium (Ca): Et jordalkaliemetall som finnes mye i melk og er viktig for å ha et sterkt skjelett, ifølge Lille norske leksikon.
• Fluor (F): Et halogen som ofte finnes i tannkrem fordi det beskytter mot hull i tennene, ifølge Lille norske leksikon.
• Helium (He): En edelgass som er lettere enn luft og kan brukes for å få ballonger til å sveve, ifølge Lille norske leksikon.
• Hydrogen (H) og oksygen (O): To grunnstoffer som sammen danner vann, ifølge Lille norske leksikon.
• Jern (Fe): Grunnstoff nummer 26, med atomsymbol Fe etter det latinske navnet ferrum, ifølge Lille norske leksikon.
• Gull (Au): Et metall som har vært kjent i ren form i naturen i mange tusen år, ifølge Store norske leksikon.

Hvor finnes disse elementene i hverdagen?

Grunnstoffene finnes overalt i hverdagen, fra mat til teknologi. Kobber brukes mye i ledninger, ifølge Store norske leksikon. Gallium brukes i halvlederkomponenter og LED-lys, ifølge Store norske leksikon.

Mange grunnstoffer har vært kjent i tusenvis av år, mens andre er først fremstilt i moderne laboratorier. Ved å kjenne periodesystemet kan man bedre forstå hvilke grunnstoffer ulike gjenstander inneholder.

Flere tall som sier noe

Av de 118 kjente grunnstoffene finnes det i hovedsak 90 naturlig på Jorden, ifølge Store norske leksikon. Grunnstoff 43 og 61 ble først fremstilt kunstig, og grunnstoffene 93–118 er menneskeskapt i avanserte laboratorier, ifølge Store norske leksikon.

Grunnstoffer som mennesker har skapt

Grunnstoff 93–118 har alle blitt fremstilt i avanserte laboratorier, ifølge Store norske leksikon.

Neptunium, som er grunnstoff 93, ble oppdaget i 1940 av Edwin Mattison McMillan og Philip Abelson ved University of California, Berkeley, ifølge Store norske leksikon. Det tilhører actinoidene og er det første av transuranene.

Plutonium ble brukt i atombomben som ble sluppet over Nagasaki 9. august 1945, ifølge Store norske leksikon. I naturen er det påvist svært små mengder plutonium i uranmineraler.

Flerovium (grunnstoff 114) ble først beskrevet i 1999 etter eksperimenter i Dubna i Russland, og oganesson (grunnstoff 118) ble laget i 2006 ved å fusjonere kalsium og californium, ifølge henholdsvis, ifølge Store norske leksikon og Store norske leksikon.

Mendelevium ble først fremstilt i 1955 ved University of California i Berkeley og er oppkalt etter Dmitrij Mendelejev, ifølge Store norske leksikon.

Forskning på supertunge grunnstoffer

Forskere prøver å finne enda flere grunnstoffer enn de 118 som er kjent i dag, ifølge Lille norske leksikon. Supertunge grunnstoffer som flerovium kan ha overraskende egenskaper; i forsøk oppfører flerovium seg mer som en edelgass enn som stoffer i samme gruppe, ifølge Store norske leksikon.

Slik blir man kjent med periodesystemet

For å lære periodesystemet kan man begynne med å forstå strukturen: grunnstoffer i samme gruppe har lignende kjemiske egenskaper fordi de har samme antall elektroner i det ytterste skallet. Deretter kan man lære seg de vanligste grunnstoffene, for eksempel hydrogen, karbon, nitrogen, oksygen, natrium og kalsium.

Å tegne tabellen selv og bruke rim eller akronymer for å huske rekkefølgen er populære teknikker.

Det finnes også nettbaserte spill og apper med quiz om grunnstoffene. Disse kan gjøre det lettere å huske atomnummer, symboler og egenskaper.

Fortsett utforskningen

Nå som man kjenner grunnlaget for periodesystemet, kan man utforske hvert grunnstoff dypere. Man kan lese om hvor de ble oppdaget, hvem som oppdaget dem, og hvilke egenskaper de har. Nettsteder som Store norske leksikon og Lille norske leksikon inneholder mye informasjon.

Nye grunnstoffer legges til etter hvert som de oppdages, og systemet som Mendelejev publiserte på 1860-tallet, fungerer fortsatt selv om antallet kjente grunnstoffer har økt fra om lag 60 til 118, ifølge Store norske leksikon.