Periodesystemet med 4 nye grunnstoffer
Foto: Marius Lundgård / NRK

Verden satt i system

Periodesystemet har fått fire nye grunnstoff, men det er fortsatt plass til flere – vi har gått verdens viktigste system nærmere etter i sømmene.

Erlend Lånke Solbu

Ununutrium, ununpentium, ununseptium og ununoktium – ikke akkurat materie vi omgir oss med til daglig, men like fullt grunnstoff.

I forrige uke ble disse fire grunnstoffene offisielt innlemma i periodesystemet, noe som kompletterte den syvende raden, eller perioden som det heter på fagspråket.

Men hva betyr det egentlig at et stoff er i den syvende raden? Hvorfor ser periodesystemet ut som det gjør? Og hva er egentlig et grunnstoff? Vi har benytta anledningen til å se litt nærmere på det man lett kan argumentere for at er verdens viktigste system.

Gull og praseodym

Mendelevs periodesystem
Foto: Wikimedia commons

Vi starter med det grunnleggende: Et grunnstoff er et stoff som bare består av én type atomer.

Mange av grunnstoffene er både kjente og til dels også kjære, for eksempel oksygen, fluor og gull. Men det er også gode muligheter for at du aldri har hørt om en god del av dem – ringer det noen bjeller når du hører flerovium, praseodym eller americium?

Noen grunnstoff er så å si overalt, 73,9 prosent av universet er hydrogen, 24 prosent er helium. Jordas atmosfære består på sin side nesten utelukkende av nitrogen og oksygen.

Andre grunnstoff oppstår kun flyktig under helt spesielle forutsetninger i et laboratorium, for eksempel de fire nykommerne.

Mendelejevs genistrek

Mot slutten av 1700-tallet ble kjemien reformert. Grunnstoff ble for første gang forsøkt definert, og en tabell som inkluderte 33 grunnstoff ble satt opp av franskmannen Antoine Lavoisier.

I løpet av de neste tiåra ble det gjort mange forsøk på å systematisere grunnstoffene, og i 1869 la den russiske kjemiprofessoren Dmitrij Mendelejev fram sitt forslag.

– Mendelejev regnes som periodesystemets far. Han underviste i kjemi, og ville systematisere all kunnskapen som fantes om grunnstoffene. Etter mange års arbeid oppdaga han at stoffenes egenskaper gjentar seg etter et visst mønster, forteller Annette Lykknes, som er kjemiker og vitenskapshistoriker ved NTNU.

Mendelejev

Dmitri Mendelejev i 1897.

Foto: Public domain / Wikipedia

På den tida kjente vi til 63 grunnstoff. Mendelejev identifiserte noen typiske grunnstoff, og plasserte så andre med tilsvarende egenskaper sammen med disse. De som reagerte likt ble sortert i vertikale grupper, samtidig som stoffene ble plassert etter økende atomvekt.

I tillegg gjorde han noe som kan karakteriseres som en genistrek – han lot det være åpne rom til stoff som enda ikke var oppdaga.

– Mendelejev beskrev egenskapene til uoppdaga stoff med voldsom nøyaktighet. Han kunne forutsi atomvekt og tetthet, hva de skulle reagere med, og hvordan de skulle se ut. Dette gjorde det lettere å vite hvor man skulle lete etter nye grunnstoff, sier Lykknes.

I løpet av de neste 18 åra ble gallium, skandium og germanium oppdaga, og de hadde de egenskapene Mendelejev hadde forutsagt at de ville ha. Dette førte til en økt interesse for periodesystemet.

Mendelejev forholdt seg ikke til elektroner, protoner og nøytroner, av den enkle grunn at de ikke var oppdaga ennå. Tidlig på 1900-tallet viste Niels Bohr at oppsettet Mendelejev hadde lagd stemte presist med hvordan grunnstoffene er bygd opp av elektroner, og dermed var periodesystemet også begrunna vitenskapelig.

Lykknes forteller at Norge ikke akkurat var tidlig ute med å omfavne periodesystemet.

– Først på 1970-tallet ble det vektlagt i kjemilærebøkene på videregående, fram til da hadde det bare vært nevnt i appendix som noe som eksisterte.

Laster innhold, vennligst vent..

Bill. mrk. enslig elektron

Periodesystemet har utvikla seg litt siden Mendelejevs første utkast, men hovedprinsippene gjelder fortsatt, selv om de i dag har en annen begrunnelse.

De 18 forskjellige gruppene står i vertikale rader, og enkelt sagt har grunnstoff i samme gruppe like mange elektroner i det ytterste elektronskallet.

Eksempel: Hydrogen, som er plassert helt øverst til venstre har ett elektronskall med ett elektron. Francium, det radioaktive grunnstoffet du ser nederst til venstre, har sju elektronskall med til sammen 87 elektroner, men bare ett i det ytterste skallet.

De kjemiske egenskapene til stoff som har like mange elektroner i det ytterste skallet er svært like. For eksempel er stoffene i gruppe én, som for eksempel hydrogen og francium, veldig reaktive. Det enslige elektronet i ytterste skall gjør at de gjerne vil binde seg med andre grunnstoff.

Francium

Francium har massevis av elektroner, men i likhet med hydrogen bare ett i det ytterste skallet.

Foto: Creative Commons

Gruppa helt til høyre i periodesystemet består av grunnstoff som har helt fullt elektronytterskall, for eksempel helium og radon. Disse kalles edelgasser, og er i motsetning til stoffene med bare ett elektron i ytterskallet særdeles lite interesserte i å inngå kjemiske forbindelser med andre grunnstoff.

Perioder

De horisontale radene viser hvilke grunnstoff som befinner seg i samme periode. Vi har sju perioder, hver periode inneholder grunnstoff som har like mange elektronskall.

Hydrogen og helium har som nevnt helt ulike kjemiske egenskaper, men de har like mange elektronskall – bare ett – og er derfor i samme periode. De er de eneste grunnstoffene i periode 1, mens i periode 6 og 7 er det 32 grunnstoff hver.

De to radene som står for seg selv nederst i periodesystemet består av lantanoider og aktinoider, ikke alle disse var oppdaga på Mendelejevs tid, men de hører altså hjemme i periode 6 og 7.

Periodesystemet kan grovt deles inn i metaller, halv-metaller og ikke-metaller, som har forskjellig fargekode i mange versjoner av periodesystemet. I tillegg har noen av gruppene av grunnstoffer fått spesielle navn, for eksempel alkalimetaller (helt til venstre), edelgasser (helt til høyre) og halogener (ved siden av edelgassene).

Noe som virker litt mer intuitivt for ikke-faglærte er de ulike grunnstoffenes atomnummer. Hydrogen starter med nummer 1 øverst til venstre, Nykommeren Ununoctium får gleden av å avslutte som nummer 118 nederst til høyre.

Atomnummeret tilsvarer antallet protoner i atomkjernen, og dermed også antallet elektroner rundt kjernen. Dette fører også til at grunnstoffene er sortert i stigende rekkefølge etter atommasse – det de på Mendelejevs tid kalte atomvekt.

Nyest og tyngst

Av de 118 grunnstoffene vi kjenner til er det bare 83 som forekommer naturlig, av dem er uran det tyngste. De grunnstoffene som har høyere atomnummer enn 93 må framstilles kunstig, og de fire sist oppdaga er alle funnet ved hjelp av en partikkelakselerator.

Dette gjøres ved at enorme mengder partikler blir skutt inn mot passende atomkjerner med håp om at en eller to skal feste seg, og på den måten danne et nytt atom. Dette er lettere sagt enn gjort, produksjonshastigheten på de tyngste grunnstoffene ligger på omtrent ett atom i måneden.

– Dette er ren grunnforskning som kan sammenlignes med utforskinga av verdensrommet, det blir først og fremst gjort av nysgjerrighet og interesse, forklarer Jon Petter Omtvedt som er professor i kjernekjemi ved UiO.

Han forteller at det ligger ære og anerkjennelse i det å oppdage et nytt grunnstoff, laboratoriet som først finner det får for eksempel lov til å navngi det. De grunnstoffene som blir oppdaga nå har derimot ikke særlig verdi for folk flest.

Californium, med atomnummer 98, kan lages i så stor mengde at det kan brukes som radioaktiv kilde med praktisk nytteverdi, etter det er det helt stopp.

Jon Petter Omtvedt

Jon Petter Omtvedt tror ikke vi finner noe særlig mer enn åtte-ti flere grunnstoff.

Foto: UiO

– Der går grensa nå, mengden man klarer å fremstille kombinert med kostbarheten av fremstillinga gjør at grunnstoffene fra nummer 99 og oppover ikke har noen praktisk eller kommersiell verdi, de blir borte før du får brukt dem, sier han.

Selv driver Omtvedt med kjemiske forsøk med supertunge grunnstoff, det tyngste de får jobba med er flerovium, nummer 114. De som er tyngre enn det har for kort levetid til at de får til å undersøke dem kjemisk.

Selv om vi har oppdaga grunnstoff jevnt og trutt i noen hundre år tror ikke Omtvedt at dette vil vedvare. Større atomkjerner er mindre stabile, de lever kortere.

– Skal jeg tippe tror jeg kanskje vi finner åtte-ti grunnstoff til. Jeg håper jeg tar feil, men det blir vanskeligere og vanskeligere. Med mindre det dukker opp noe ny fysikk som viser at verden ikke er helt som vi trodde den skulle være.

Skulle vi finne ti nye grunnstoff er det bare å smette på en ny periode på periodesystemet, det er fleksibelt sånn.

Og hvis det mot formodning ikke skulle oppdages noen nye grunnstoff kan vi lage ganske mye rart med de 118 vi allerede har.

Vil du fordype deg litt i de forskjellige grunnstoffene? Sjekk ut UiOs glimrende periodesystem.