Det periodiska systemet – förstå det periodiska systemet på nio minuter
Vad är det periodiska systemet?
Det periodiska systemet är ett system som visar alla kända grundämnen och sätter in dem i ett schema som hjälper forskarna att förstå grundämnenas relation till varandra. Än i dag upptäcker man nya grundämnen via experiment med hjälp av partikelaccelatorer.
ÖVERSIKT: Grundämnena i det periodiska systemet
Det periodiska systemet är en systematisk sortering av grundämnen efter atomnummer. Det periodiska systemet är uppbyggt i grupper: Huvudgrupperna 1–18 motsvarar de lodräta kolumnerna i systemet och de vågräta raderna kallas för perioder.
De grundämnen som står i samma grupp har liknande kemiska egenskaper, exempelvis är alla grundämnen i huvudgrupp 18 ädelgaser medan de i huvudgrupp 17 alla är så kallade halogener.
Perioderna i det periodiska systemet är de vågräta grupperingarna av grundämnena. Grundämnen placeras i perioder med andre grundämnen som har samma antal elektronskal runt sin atomkärna.
Vem uppfann det periodiska systemet?
Det periodiska systemet utvecklades av den ryske kemisten Dmitrij Mendelejev 1869. På den tiden kände man bara till 63 grundämnen.
Mendelejev upptäckte att vart sjunde grundämne hade gemensamma egenskaper när han ställde upp dem efter deras vikt.
På baksidan av ett kuvert ställde han upp grundämnena i 18 så kallade grupper – de lodräta kolumnerna – efter likheter i ämnenas kemiska egenskaper.
Vågrätt ställdes grundämnena upp i sju så kallade perioder som anger hur många skal med elektroner som ämnenas atomkärnor har runt sig.
Den ryske kemisten lämnade hål i sitt periodiska system för grundämnen som ännu inte hade upptäckts.
Efter hand som nya grundämnen upptäcktes och passades in i hålen i Mendelejevs tabell blev det periodiska systemet allmänt erkänt.
Dmitrij Mendelejev uppfann det periodiska systemet 1869. 1955 fick grundämne nummer 101 namnet mendelevium till hans ära.
Det är dock bara en tidsfråga innan det periodiska systemet måste utvidgas ytterligare.
Över hela världen kämpar kemister om att bli först med att utvidga det periodiska systemet med grundämne nummer 119.
Vad betyder siffrorna i det periodiska systemet?
Det var först 1913, då Niels Bohr presenterade sin atomteori, som man fick en teoretisk förklaring på grundämnenas egenskaper.
Bohrs teori handlar om att en atom är uppbyggd av en kärna med protoner och ett antal neutroner.
Antalet protoner och neutroner avgör vikten. Grundämnena har stigande atomnummer. Atomnumret avspeglar antalet protoner i kärnan.
Det lättaste grundämnet i det periodiska systemet är väte som har en proton i kärnan och därför har atomnummer 1. Det naturliga grundämne som har flest protoner är plutonium och det har atomnummer 94.
Plutonium lades till i det periodiska systemet tillsammans med neptunium (nummer 93) 1940 då forskare på University of California, Berkeley bildade ämnena genom att bombardera uran med neutroner och kärnor av tungt väte.
Först flera år senare hittades naturliga förekomster av de två grundämnena i mycket små mängder.
Hur läser man det periodiska systemet?
De lodräta kolumnerna i det periodiska systemet är indelade i grupper. Grupperna är grundämnen med samma kemiska egenskaper; alla grundämnen i grupp 18 är exempelvis ädelgaser. Det periodiska systemet har totalt 18 numrerade grupper.
De horisontella raderna i systemet är perioderna. De sju perioderna visar hur många skal med elektroner grundämnena har runt sig.
Hur får grundämnena sina namn?
De flesta namnen på grundämnen i det periodiska systemet har en speciell betydelse. En del har namngivits efter berömda forskare som exempelvis einsteinium, som upptäcktes i samband med sprängningen av den första atombomben.
Andra har fått sina namn efter de platser där de har upptäckts, som exempelvis germanium som upptäcktes i Tyskland.
Det finns också grundämnen som har namngivits efter mytologin, som exempelvis torium efter åskguden Tor, eller särskilda egenskaper, som exempelvis det illaluktande ämnet brom, som kommer från det grekiska ordet bromos – ”stank”.
En del grundämnen, exempelvis torium, har fått sina namn från mytologin.
Vad kan det periodiska systemet användas till?
Det periodiska systemet har gjort det möjligt att organisera grundämnena på ett sätt som gör det lättöverskådligt att se hur olika ämnen reagerar med varandra. Exempelvis är natrium mycket explosivt och klor mycket giftigt, men när de två grundämnena tillsammans bildar natriumklorid blir de till en gynnsam kemisk förbindelse – vanligt koksalt.
Den kunskapen om grundämnenas interaktion har haft en enorm betydelse för utvecklingen av många teknologier, nya material, läkemedel och livsmedelsproduktion.
Många av de högteknologiska produkter som har blivit en del av vår vardag utnyttjar särskilda egenskaper hos vissa grundämnen – från plattskärmar och solceller (indium och gallium) till smartphones (tantal) och bränsleceller (platina).
Det viktigaste grundämnet i all modern elektronik är kisel. Kisel är en så kallad halvledare, vilket betyder att den har en elektrisk ledningsförmåga någonstans mellan metall (som koppar) och en isolator (som glas). Halvledare har lagt grunden för bland annat transistorer, solceller, lysdioder samt digitala och analoga integrerade kretsar i datorer och telefoner.
Många av de grundämnen som används i elektronik är så sällsynta att de inte kan hänga med i den ökande produktionen i framtiden.
Det kan kanske en artificiell produktion av grundämnen i det periodiska systemet (från nummer 94 och framåt) råda bot på.
Artificiella grundämnen utvidgar det periodiska systemet
Tunga grundämnen används i allt från brandlarm (americium) till kärnvapen (plutonium), men de artificiellt tillverkade supertunga grundämnena sönderfaller på en bråkdel av en sekund och kan därför ännu inte användas i praktiken.
När man lyckas göra supertunga grundämnen tillräckligt stabila för att de ska kunna användas i nya material vet man inte. Det första steget på vägen är att skapa nya grundämnen med ett hittills aldrig skådat högt atomnummer.
Så här skapar forskare nya grundämnen för det periodiska systemet
Partikelacceleratorer utökar det periodiska systemet genom att smälta ihop lättare atomkärnor och bilda nya supertunga grundämnen. Processen kräver stor precision och många försök innan ett nytt grundämne uppstår.
Fysiker vid det japanska forskningscentrumet Riken har redan börjat leta efter grundämne nummer 119, som för tillfället kallas ununennium.
Rikens chef, Hideto En’yo, menar att både grundämne 119 och 120 kommer att upptäckas före 2023. I så fall blir grundämnena de första i det periodiska systemets åttonde period.
De fem senaste grundämnena i det periodiska systemet
Nihonium (Nh), nummer 113
2004 upptäckte japanska forskare nihonium och grundämnet uppkallades efter de japanska forskningsresultaten.
Nihon är japanska för ”Japan” och grundämnet lades officiellt till i det periodiska systemet 2015.Moskovium (Mc), nummer 115
Moskovium upptäcktes 2003 av amerikanska och ryska forskare. Det lades till i det periodiska systemet 2015.
Grundämnet är uppkallat efter den ryska huvudstaden Moskva, och det internationella forskningsinstitutet i atomkraft som ligger i Dubna i den västra delen av regionen.Tenness (Ts), nummer 117
Tenness upptäcktes av amerikanska och ryska forskare 2010. Fem år senare fick det plats i det periodiska systemet.
Grundämnet är uppkallat efter den amerikanska delstaten Tennessee eftersom det bland upptäckarna fanns forskare på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.Oganesson (Og), nummer 118
Amerikanska och ryska forskare upptäckte oganesson 2002 och 2015 lades det till i det periodiska systemet.
Grundämnet är uppkallat efter den berömde ryske fysikern Yuri Oganessian.Livermorium (Lv), nummer 116
Grundämnet upptäcktes år 2000 och lades till i det periodiska systemet 2011 tillsammans med flerovium (nummer 114). Anledningen till att 114 och 116 upptäcktes före 113 och 115 är att grundämnen med ett jämnt antal protoner är lite mer stabila än de med ett ojämt antal. Därför är grundämnen med ett jämnt antal protoner också enklare att producera.
