Periodiska systemet

Periodiska systemet

Grundämne-atomer är oändligt små, men rymmer enorma krafter och fantastiska egenskaper.

Några grundämnen är lätta, andra är tunga. Några är radioaktiva, andra är extremt brandfarliga. Några reagerar lätt med andra - och andra håller sig helst för sig själv.

Vad är det periodiska systemet?

I periodiska systemet är jordens alla grundämnen organiserade i en logisk tabell som ger en god inblick i de olika ämnenas egenskaper.

Vad ska vi använda periodiska systemet till?

Utan periodiska systemet skulle det ha varit extremt svårt att förutsäga och förstå massor av saker. T. ex. hur lätt en rad ämnen kommer reagera med varandra, om de är radioaktiva, är lätta att fyra eller är stabila/instabila.

Därför har det periodiska systemet en enorm betydelse för utvecklingen av många tekniker, nya material, medicin och livsmedelsprodukter.

Före periodiska systemet

Innan det periodiska systemet erkändes i slutet av 1800-talet, kände man endast till cirka 60 grundämnen. För den tidens kemister var det svårt att förstå varför ett grundämne regerade så bra ihop med ett annat (t.ex. väte och syre), medan andra grundämnen nästan verkade stöta bort varandra.

Kände inte till fysiken bakom en atom

Man kände till atomer men inte elektroner, protoner och neutroner. Därför hade man ingen förklaring på ämnenas egenskaper - man kunde bara observera dem. Man försökte organisera dem efter vikt, men det var inte begripligt i förhållande till hur de betedde sig.

Grundämnen organiserade i det periodiska systemet

1869 publicerade ryssen Dmitrij Mendelejev en ny tabell över grundämnen. Han hade - i likhet med andra kemister på den tiden - lagt märke till att det fanns vissa mönster som upprepade sig. Ställde man upp grundämnen efter deras vikt hade vart sjunde grundämne gemensamma egenskaper.

I Mendelejevs tabell var grundämnena organiserade efter atomvikt i en vågrät linje på sju grundämnen åt gången (perioder). Det gjorde det möjligt att gruppera ämnena i sju lodräta huvudgrupper (grupper).

Han lämnade hål i sitt system för grundämnen som ännu inte var upptäckta. Efterhand som det upptäcktes nya grundämnen och de passade in i hålen i Mendelejevs tabell, fick systemet ett brett erkännande bland kemister. Periodiska systemet var fött.

Ädelgaser provocerade fram kris

Sedan upptäckte man ädelgaser, som det inte inte omedelbart fanns plats för i den periodiska systemet. Dessa ämnen skiljer sig från andra på så sätt att de mycket motvilligt ingår i föreningar med andra grundämnen. Problemet löstes genom att man lade till en åttonde grupp i det periodiska systemet.

Fysiken bakom periodiska systemet

Det var först 1913, när Niels Bohr presenterade sin atomteori, som man fick en teoretisk förklaring på grundämnenas beteende.

Bohr etablerade teorin att en atom är uppbyggd av en kärna med protoner och ibland neutroner. Antalet protoner och neutroner bestämmer vikten. Grundämnena har stigande atomnummer. Atomnumret avspeglar antal protoner i kärnan.

Runt kärnan svävar elektronerna organiserade i ett antal elektronskal (orbitaler). Det innersta skalet kan innehålla upp till två elektroner, och de yttre skalen kan innehålla upp till åtta.

Elektron bestämmer många egenskaper

När det yttersta skalet är fullt (d.v.s. innehåller åtta elektroner) är ämnet i fråga mycket stabilt, och vill helst inte reagera med andra grundämnen. Det är de ädelgaser som lades till Mendelejevs tabell.

Nästa ämne i raden har ett nytt skal med en elektron, och får därför plats i en ny period (linje) i det periodiska systemet.

I dag uppfattar vi inte elektronerna i en atom som organiserade i skal, som cirklar runt kärnan som planeter om solen, utan snarare som ett slag vibrerande elektronmoln.

Periodiska systemet i dag

Sedan 1869 har periodiska systemet inte ändrat sin grundstruktur. Men i takt med att det har tillkommit nya upptäckter, har periodiska systemet justerats, så att man pratar om 18 grupper av grundämnen.

Det har också blivit känt att det finns oregelbundenheter i antalet elektroner i de innersta skalen och att elektronspinnet har betydelse.

Det har också tillagts nya grundämnen, efterhand som man har upptäckt dem. Det finns 94 naturliga grundämnen. Från det lättaste grundämnet väte (1) till det tyngsta plutonium (94).

Nya, tunga grundämnen till periodiska systemet

Den uppmärksamma läsaren kan se att periodiska systemet går upp till 118. Det är för att det även tillverkas grundämnen med mycket tunga kärnor.

De tunga grundämnena är mycket instabila, men kan visa sig vara nyttiga. Därför arbetar forskarna på att tillverka tyngre och tyngre grundämnen.

Exakt när man hittar slutet på periodiska systemet vet man inte. Vissa forskare menar att grundämne nr 128 kommer bli det sista, andra menar att den teoretiska gränsen går vid 173.