Je leest:

Nieuw Periodiek Systeem

Nieuw Periodiek Systeem

Auteur: | 3 september 2003

“Hahelibebcnof”…het is geen Esparanto-dialect, maar een ezelsbruggetje voor de eerste negen elementen van het Periodiek Systeem. Dat is de manier waarop sinds Mendeleev de verschillende atoomsoorten zijn gerangschikt. Een Amerikaanse aardwetenschapper gooide het roer volledig om en ontwierp zijn eigen tabel.

Nee, Bruce Railsback van de universiteit van Georgia wil het Periodiek Systeem der Elementen niet omver werpen. Maar toen hij tijdens een college eens wat overeenkomsten tussen verschillende elementen wilde aangeven en met gekruiste armen eindigde, was de maat toch echt vol. Want hoe elegant het Periodiek Systeem ook is, naar Railsback’s smaak staan de elementen maar vreemd door elkaar heen. Als aardwetenschapper ziet hij hele andere verbanden dan in het normale Periodiek Systeem worden gelegd.

Het Periodiek Systeem. Van links naar rechts neemt het atoomgetal, het aantal protonen in de kern, telkens met één toe. Elke kolom bevat atomen met vergelijkbare chemische eigenschappen. Die worden namelijk bepaald door het aantal elektronen in de buitenste schil van het atoom. bron: TU ClausthalKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het Periodiek Systeem, zoals dat door Mendeleev werd opgezet, geeft weliswaar perfect de scheikundige overeenkomsten tussen atomen aan, maar daar heeft Railsback niet zoveel aan. In zijn onderzoeksgebied is hij meer geïnteresseerd in de plek waar hij een atoom op aarde kan verwachten. Omdat materialen vaak in scheikundige verbindingen voorkomen, wilde hij graag de ionen van de elementen als uitgangspunt nemen. Ionen zijn atomen met een paar extra elektronen, of juist een tekort daaraan. Die netto elektrische lading maakt het mogelijk chemische verbindingen met andere ionen aan te gaan. Omdat één atoom verschillende ionenvormen kan hebben, zoals ijzer met twee of drie elektronen te weinig (Fe2+ en Fe3+), komen de atomen op meer dan één plek in de tabel voor.

Railsback’s tabel is opgedeeld in vijf ‘clans’ van elementen. Zo zijn er elementen die veel in levende wezens voorkomen (veel ionen met maar één elektron teveel of te weinig) en elementen die, met hun drie elektronen om aan andere ionen te koppelen, in stevige verbindingen in de aardkorst voorkomen. Collega-geologen hebben Railsback’s tabel al een kunstwerk genoemd: Stephen Welwick, rotsdeskundige van de universiteit van Edinburgh, gaf aan dat het geheel hem door zijn enorme mate van detail aan de miniatuurschilderijtjes deed denken.

Onderdeel van Railsback’s Periodiek Systeem voor geologen. Voor de volledige tabel, zie de link onderaan dit artikel. bron: B.L. Railsback.

Heeft Railsback iets nieuws ontdekt? Dat niet, maar toch zou zijn nieuwe tabel wel eens populair kunnen worden. Hoewel hij alleen elementen herordende, heeft hij zo wel de nadruk kunnen leggen op allerlei overeenkomsten en verschillen die je in het normale Periodiek Systeem niet kunt zien. Railsback’s tabel ziet er veel ingewikkelder uit dan het elegante Periodiek Systeem, maar dat komt omdat er een hoop extra informatie in is gestopt. Eén probleem is er wel: Railsback heeft, als geoloog, een tabel ontworpen die nuttig is voor hemzelf en voor zijn vakgenoten. Biologen of sterrenkundigen zouden er wel eens minder gemak van kunnen hebben. Misschien kunnen die hun eigen variant op het Periodiek Systeem ontwerpen?

Geschiedenis van het Periodiek Systeem

Bouwstenen van de materie in groepen onderbrengen is zo oud als de wereld – nou ja, in ieder geval zo oud als de oude Grieken. Thales van Milete (ca. 640 – 546 v.Chr.) was de eerste van wie we weten dat hij in termen van elementen dacht. Volgens Thales was alles opgebouwd uit water. Dat was namelijk overal aanwezig: in de zee, als regen in de lucht, als bodemwater in de aarde. Andere Griekse filosofen vonden dat de wereld uit een heel ander element was opgebouwd: volgens Anaximenes (ca. 570 v. Chr.) uit lucht, terwijl Heraclitus (ca. 540 – 475 v. Chr.) vuur als bouwsteen van alles voorstelde.

Het was Empedocles (ca. 490 – 430 v. Chr.) die niet één, maar een aantal elementen gebruikte om materie uit op te bouwen. In zijn wereldbeeld was de materie opgebouwd uit vier elementen: aarde, water, lucht en vuur. Pythagoras ‘herschreef’ Empedocles’ elementen in termen van eigenschappen: nat en droog, warm en koud. De combinaties daarvan gaven de elementen: nat en koud is water, warm en droog is vuur, enzovoorts.

Opbouw van het heelal volgens de elementenleer. Aarde is de kern van het heelal, want het zwaarste element. Daarna komen water, lucht en vuur, dat het lichtste is van de aardse of ondermaanse elementen. Buiten de baan van de maan is de hemel, die perfect is in vorm en stof: de planeten bestaan dan ook niet uit aarde, maar uit ether of uit het vijfde element – quinta essentia in het Latijn of quintessence in het Engels. In de alchemie werden de planeten trouwens ook weer met de metalen geassocieerd. Al met al heel anders dan het Periodiek Systeem!

Middeleeuwse geneesheren gebruikten de vier eigenschappen van Pythagoras nog in de humoren-theorie. Die ging ervan uit dat ziektes werden veroorzaakt door een overschot van of gebrek aan een van de vier belangrijke vloeistoffen in het lichaam. Elk van die vloeistoffen (bloed, flegma, gele en zwarte gal) correspondeerde met twee van die eigenschappen en had zijn eigen effect op het lichaam.

De experimenten van Antoine Lavoisier, een Frans onderzoeker uit de achttiende eeuw, staan aan de basis van de moderne scheikunde. Lavoisier toonde aan dat de totale hoeveelheid materiaal in een scheikundige reactie niet verandert (de Wet van Behoud van Massa) en gaf aan dat bij verbranding geen flogiston, maar zuurstof betrokken was. Erg belangrijk was ook, dat hij een lijst opstelde van stoffen die niet verder ontleed konden worden. In die lijst vinden we zuurstof, stikstof, fosfor, kwik, zink en zwavel, maar ook licht en calorique, de stof die warmte bevat.

Tegelijk met de Duitser Lothar Meyer ontwierp de Rus Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834 – 1907) een tabel waarin de toen bekende elementen op massa werden gerangschikt. Mendeleev maakte een paar uitzonderingen op de massa-regel om elementen met vergelijkbare chemische eigenschappen in dezelfde kolom te krijgen. De ontdekking van elektronenschillen in de late 19e en 20e eeuw bewees dat hij gelijk had in die ‘foute’ rangschikking. Meer dan honderd jaar na dato is het Periodiek Systeem grotendeels onveranderd. De radioactieve elementen die in de vorige eeuw werden ontdekt passen goed in de bestaande tabel. Dat blijkt keer op keer als nieuwe, zwaardere atoomkernen in versnellers worden gemaakt.

Marathonuitzending NPO Doc: Elements

Zonder ons inzicht in elementen zou de wereld er totaal anders uitzien. Alles wat de mens gebouwd, gemaakt en uitgevonden heeft, is gebaseerd op onze kennis van elementen. Presentator en scheikundige Jim Al-Khalili vertelt zondag 23 december in een marathonuitzending op NPO Doc het complete verhaal over de elementen op een zeer toegankelijke manier.

Meer weten?

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 03 september 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.