Wat is het periodiek systeem?
Het periodiek systeem telt alle bekende elementen, gerangschikt in een schema dat de relatie ertussen duidelijk maakt.
Met behulp van experimenten in deeltjesversnellers worden nu nog steeds nieuwe elementen ontdekt.
OVERZICHT: De elementen van het periodiek systeem
Het periodiek systeem is een systematische rangschikking van de elementen naar atoomnummer. Het periodiek systeem bestaat uit groepen: de hoofdgroepen 1 tot en met 18 vormen de verticale kolommen in het systeem; de horizontale rijen worden perioden genoemd.
Elementen uit dezelfde groep hebben vergelijkbare scheikundige eigenschappen. Zo zijn alle elementen uit hoofdgroep 18 edelgassen, terwijl die uit hoofdgroep 17 allemaal halogenen zijn.
De perioden van het periodiek systeem zijn de horizontale groeperingen van de elementen. Elementen uit één periode hebben hetzelfde aantal elektronenschillen rond hun atoomkern.
Wie bedacht het periodiek systeem?
Het periodiek systeem werd in 1869 opgesteld door de Russische scheikundige Dmitri Mendelejev. Destijds waren er maar 63 elementen bekend.
Mendelejev ontdekte dat elk zevende element gemeenschappelijke eigenschappen had als hij ze naar gewicht rangschikte.
Op de achterkant van een envelop verdeelde hij de elementen in 18 groepen, de verticale kolommen, naar overeenkomsten in hun scheikundige gedrag.
Horizontaal werden de elementen gerangschikt in perioden, die aangeven hoeveel schillen met elektronen de stoffen om zich heen hebben.
De Russische chemicus liet plekken open in zijn systeem voor elementen die nog niet waren ontdekt.
Toen er steeds meer elementen werden gevonden die in de gaten in de tabel van Mendelejev pasten, kreeg het periodiek systeem brede erkenning.
Dmitri Mendelejev stelde het periodiek systeem in 1869 op. In 1955 werd element nummer 101 naar hem genoemd: mendelevium.
Het is echter slechts een kwestie van tijd voor het periodiek systeem opnieuw uitgebreid moet worden.
Overal ter wereld wedijveren scheikundigen om als eerste het periodiek systeem uit te breiden met element 119.
Wat betekenen de getallen in het periodiek systeem?
Pas in 1913, toen Niels Bohr zijn atoomtheorie uit de doeken had gedaan, was er een theoretische verklaring voor het gedrag van elementen.
Bohr stelde dat een atoom uit een kern van protonen en eventueel neutronen bestaat.
Het aantal protonen en neutronen bepaalt het gewicht. De elementen hebben oplopende atoomnummers. Het atoomnummer geeft het aantal protonen in de kern weer.
Het lichtste element is waterstof, dat met een kern van één proton atoomnummer 1 heeft. Het natuurlijke element met het hoogste atoomnummer is plutonium met 94 protonen.
Plutonium werd samen met neptunium (93) eind 1940 toegevoegd aan het periodiek systeem, toen wetenschappers van de University of California, Berkeley de stoffen vormden door uranium te beschieten met neutronen en kernen van deuterium.
Pas jaren later werden deze elementen in zeer kleine hoeveelheden in de natuur aangetroffen.
Hoe moet je het periodiek systeem lezen?
De kolommen in het periodiek systeem zijn verdeeld in groepen van elementen met dezelfde chemische eigenschappen. Zo zijn alle elementen in groep 18 edelgassen. Het periodiek systeem heeft in totaal 18 genummerde groepen.
De rijen in het systeem zijn perioden. De zeven perioden geven aan hoeveel schillen met elektronen de atoomkernen van de elementen om zich heen hebben.
Hoe komen de elementen aan hun naam?
De meeste namen in het periodiek systeem hebben een speciale betekenis. Sommige elementen zijn genoemd naar beroemde wetenschappers, zoals einsteinium, dat werd ontdekt nadat de eerste waterstofbom tot ontploffing was gebracht.
Andere zijn genoemd naar hun vindplaats, zoals germanium, dat in Duitsland werd ontdekt.
Er zijn ook elementen waarvan de naam is ontleend aan de mythologie – zoals thorium aan de god van de donder Thor – of aan bepaalde eigenschappen – zoals broom, van het Griekse bromos, ‘stank’.
Sommige elementen hebben een naam uit de mythologie.
Wat is het nut van het periodiek systeem?
Dankzij het periodiek systeem kunnen we de elementen zodanig rangschikken dat makkelijk te zien is hoe verschillende stoffen met elkaar reageren. Zo is natrium zeer explosief en chloor zeer giftig, maar als deze elementen samen natriumchloride vormen, ontstaat er een nuttige verbinding: keukenzout.
De kennis over de interactie van de elementen is van groot belang geweest voor de ontwikkeling van tal van technologieën, materialen, geneesmiddelen en voedingswaren.
Veel hightech producten die onderdeel zijn geworden van ons dagelijks leven maken gebruik van bepaalde eigenschappen van elementen – van flatscreens en zonnecellen (indium en gallium) tot smartphones (tantaal) en brandstofcellen (platina).
Het belangrijkste element in alle moderne elektronica is silicium. Dat is een zogeheten halfgeleider, die een elektrisch geleidingsvermogen heeft tussen dat van een metaal als koper en een isolator als glas. Halfgeleiders vormen de basis van o.a. transistoren, zonnecellen, lichtdioden en digitale en analoge circuits in computers en telefoons.
Veel elementen die in elektronica worden toegepast, zijn zo zeldzaam dat er in de toekomst niet voldoende van geproduceerd kan worden.
Maar mogelijk kunnen de kunstmatig gemaakte elementen van het periodiek systeem, vanaf nummer 94, dat probleem helpen oplossen.
Kunstmatige elementen breiden het periodiek systeem uit
Zware elementen worden toegepast in rookmelders (americium), kernwapens (plutonium) en nog veel meer, maar kunstmatig geproduceerde superzware elementen vervallen in een fractie van een seconde en zijn daardoor nog niet bruikbaar in de praktijk.
We weten nog niet wanneer het zal lukken om superzware elementen zo te stabiliseren dat ze toepasbaar zijn in materialen. De eerste stap is om elementen met een hoog atoomnummer te maken.
Zo maken wetenschappers nieuwe elementen van het periodiek systeem
1. Versneller komt op gang
Om element nummer 115 te maken, moscovium, worden lichte calciumatomen in een deeltjesversneller gebracht. Een paar maanden lang worden biljoenen atomen weggeschoten.
2. Zware stof beschoten
Het calcium raakt zware americiumatomen op een roterende schijf. Als de botsingen exact de juiste kracht hebben, fuseren ze tot het nieuwe element.
3. Magneten sorteren
Na de botsingen gaan de deeltjes door een magnetisch veld, dat bekende elementen eruit filtert. Alleen de zwaarste elementen gaan door.
4. Detector spoort nieuw element op
De snelheid en massa van de atomen worden gemeten door een detector. Het nieuwe element en de lichtere elementen waar het snel in vervalt worden zo geregistreerd.
Natuurkundigen van het Japanse onderzoekscentrum Riken zijn al op zoek naar element nummer 119, dat de voorlopige naam ununennium draagt.
Volgens Hideto En’yo, de directeur van Riken, zullen element 119 en 120 nog vóór 2023 ontdekt zijn. Het zouden de eerste elementen in de achtste periode van het periodiek systeem worden.