periodesystemet

Bokstavene i ruta er grunnstoffsymbolet, som er en kortform av det latinske navnet på grunnstoffet. For eksempel står H for hydrogen og C for karbon. Hg står for hydrargyrum, som er latin for kvikksølv.

Tallene i ruta er atomnummer og relativ atommasse for hvert grunnstoff. Atomnummeret kalles også protontall og sier hvor mange protoner kjernen til et grunnstoffatom inneholder. Atommasse (også kalt massetall eller nukleontall) er summen av antall protoner og nøytroner i hvert atom. Antall nøytroner kan variere innenfor atomer av samme grunnstoff. Slike atomvarianter kalles isotoper. Ulike isotoper har derfor ulik atommasse.

Tallet som er oppgitt som atommasse i periodesystemet, er den gjennomsnittlige massen til de naturlig forekommende isotopene etter hvor vanlige de er (relativ forekomst) og kalles derfor relativ atommasse (eller standard atomvekt). Den relative forekomsten av isotoper av et grunnstoff kan variere noe, og av den grunn angir noen periodesystem et intervall for relativ atommasse. Karbon er ofte oppgitt med relativ atommasse 12,01 fordi om lag 98,9 prosent av alt karbon finnes som isotopen ¹²C (massetall 12) og om lag 1,10 prosent finnes som isotopen ¹³C (massetall 13). Ustabile isotoper av karbon, som ¹⁴C, er ikke med i beregningen av relativ atommasse.

Vi kjenner i dag til 118 grunnstoffer. I hovedsak finnes kun 90 av disse på Jorda, mens resten fremstilles kunstig i kjernereaksjoner. Grunnstoff 93–118 har alle kun blitt fremstilt i avanserte laboratorier. Grunnstoff 43, technetium, og grunnstoff 61, promethium, ble begge fremstilt kunstig før de ble identifisert i små mengder i naturen. De regnes derfor ikke blant de 90 naturlig forekommende grunnstoffene.

Flere av gruppene har egne navn. Grunnstoffene i gruppe 17 kalles for eksempel halogener, som betyr «saltdannere». Gruppa har fått sitt navn fordi ioner av halogenene ofte danner salter sammen med ioner av metallene. Grunnstoffene i gruppe 18 kalles edelgasser fordi de er gasser ved romtemperatur og reagerer lite med andre stoffer (altså er de «edle»).

Andre navn på grupper i periodesystemet er:

• Grunnstoffene i gruppe 1 kalles alkalimetaller
• Grunnstoffene i gruppe 2 kalles jordalkalimetaller
• Grunnstoffene i gruppe 15 kalles pniktogener
• Grunnstoffene i gruppe 16 kalles kalkogener
• Grunnstoffene i gruppe 17 kalles halogener
• Grunnstoffene i gruppe 18 kalles edelgasser

Periodesystemet kan fremstilles på mange måter. I den vanligste formen er grunnstoffene fra atomnummer 57 til atomnummer 71 (lantanoidene) tatt ut og plassert for seg selv under hovedtabellen. Det samme er grunnstoffene fra atomnummer 89 til atomnummer 103 (actinoidene). Dette er gjort for å gi periodesystemet en kompakt form. Denne presentasjonen av periodesystem kalles også «medium-langformtabellen».

Grunnstoffene i gruppene 3–12 kalles innskuddsmetaller eller d-blokken. Disse grunnstoffene har til felles at de er metaller, men elektronkonfigurasjonen er mer kompleks enn for atomer av grunnstoffene i hovedgruppene. Kvikksølv (80) er det eneste av innskuddsmetallene som er i væskeform ved romtemperatur. I såkalte «kortform»-tabeller av periodesystemet er gruppene med innskuddsmetallene slått sammen med hovedgruppene, med utgangspunkt i noen felles kjemiske egenskaper. Noen av de første periodesystemene var slike kortformtabeller, for eksempel Mendelejev sitt.

Det var flere som arbeidet med systematisering av grunnstoffene på 1860-tallet. En viktig grunn var at informasjonen om hvert grunnstoff var stor, og at det var behov for å systematisere kunnskapen. En sentral hendelse som gjorde systematisering mulig, var den første internasjonale kjemikongressen, som fant sted i Karlsruhe i Tyskland i 1860. Her ble kjemikere fra mange land enige om hvilket atomvekstsystem man skulle benytte. Før dette brukte man ulike verdier for atomvektene til samme grunnstoff, noe som gjorde det vanskelig å ordne grunnstoffene.

Blant tidlige forsøk på systematiseringer vi kjenner til er Johann Wolfgang Döbereiners forsøk på å ordne grunnstoffer med like kjemiske egenskaper i triader:

• klor, brom og jod, som i dag tilhører gruppe 17
• svovel, selen og tellur, som i dag tilhører gruppe 16
• kalsium, strontium og barium, som i dag tilhører gruppe 2

Seks personer fra fem ulike land oppdaget uavhengig av hverandre at om man ordnet grunnstoffene etter økende atomvekt, ville egenskapene til stoffene gjenta seg periodisk. John Alexander Newlands (1837–1898) fra England sammenlignet de periodisk gjentagende egenskapene med oktaver i musikken. Egenskapene som ble sammenlignet stammet fra observasjoner av stoffene og deres reaksjoner, for systematiseringen av grunnstoffene skjedde lenge før man hadde en forståelse av atomet og dets partikler. Den kunnskapen ble først utviklet tidlig på 1900-tallet.

Fra 1860-tallet og til langt ut på 1900-tallet ble det gjort mange forsøk på å vise fram denne periodisiteten på ulike måter. Mange andre former enn tabellformen har vært i bruk, for eksempel spiralform, sirkel, korte og lange tabeller og tredimensjonale fremstillinger. I 1862 fremstilte franskmannen Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1820–1886) et periodesystem i spiralform. Systemet gikk under navnet «tellurskruen» fordi grunnstoffet tellur (52) var i sentrum av spiralen.

De to mest kjente utviklerne av periodesystemet var tyskeren Julius Lothar Meyer og russeren Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev. Begge arbeidet med lærebøker i kjemi, og forsøkte å ordne grunnstoffene på en pedagogisk måte. Begge etterlot tomrom i periodesystemet til grunnstoffer som ennå ikke var oppdaget. Mendelejev er kjent for å ha gjort mange og detaljerte forutsigelser av egenskapene til disse ukjente grunnstoffene. Flere av forutsigelsene slo til og bidro til å bekrefte den «periodiske loven» Mendelejev hadde lagt til grunn for periodesystemet, men noen var feilslåtte.

I tillegg til Mendelejev, Meyer, Newlands og Béguyer de Chancortois regnes også engelskmannen William Odling (1829–1921) og den danskfødte amerikaneren Gustavus Detlef Hinrichs (1836–1923) som med-oppdagere av periodesystemet.

1860-tallets periodesystemer var basert på kjennskap til litt over 60 grunnstoffer. Det var ikke gitt at oppdagelsen av nye grunnstoffer, særlig de som det ikke var satt av plass til i systemet, ville passe inn. Da edelgassene ble oppdaget på 1890-tallet skapte de hodebry. Løsningen var å opprette en helt egen gruppe (kolonne) i periodesystemet.

Tilsvarende ble det utfordrende å finne plass til alle de nye radioaktive stoffene som ble oppdaget tidlig på 1900-tallet. De hadde alle unike atomvekter, men det var altfor mange av dem til å kunne plasseres i periodesystemet. Ideen om at et grunnstoff kunne ha flere enn én atomvekt, altså eksistere i ulike varianter, ble en løsning på problemet. Ettersom alle variantene av et grunnstoff hadde de samme egenskapene, ble de kalt isotoper fordi de ble plassert på samme sted i periodesystemet (av gresk iso-, 'lik, samme' og topos, 'sted'). Det var også utfordringer knyttet til plasseringen av platinametallene og flere av de sjeldne jordartene. Rene prøver og nøyaktige bestemmelser av atomvektene ble viktige i dette arbeidet.

Selv om mange nye grunnstoffer hadde blitt oppdaget, fantes det så sent som på 1920-tallet fortsatt noen tomrom i periodesystemet. To slike var grunnstoff nummer 43 og 75, som ekteparet Walter og Ida Noddack la ned et stort arbeid i å finne. De ble anerkjent for å ha oppdaget rhenium (75), men ikke for «masurium» (43), fordi de spektroskopiske bevisene de hevdet å ha hatt, ikke lot seg reprodusere. Grunnstoff 43 ble i 1937 det første grunnstoffet som ble kunstig fremstilt, og fikk derfor navnet technetium (av gresk tekhne, 'kunstig'). Grunnstoff 93 og utover ble kunstig fremstilt fra 1940-tallet. De siste grunnstoffene som ble anerkjent av International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) var nummer 113, 115, 117 og 118. Dette skjedde i 2015 etter at flere laboratorier kunne bekrefte eksistensen av grunnstoffene.

Torbjørn Sikkeland er den eneste nordmann som har vært med på å finne nye grunnstoffer: nobelium og lawrencium, de to siste av actinoidene med atomnummer 102 og 103.

Da periodesystemet ble utviklet på 1860-tallet var det basert på observasjoner av stoffer og deres reaksjoner. Det ble den første tiden bare sett på som et godt, pedagogisk verktøy. Senere fikk det en vitenskapelig forklaring og fungerer derfor også som et redskap innen forskning.

Tidlig på 1900-tallet økte forståelsen for atomets oppbygning, og flere modeller for atomet ble fremsatt. Koblingen mellom atomvitenskap og periodesystemet kom noe senere.

Den første endringen kom med innføringen av atomnummer. I 1913 formulerte den britiske fysikeren Henry Gwyn Jeffreys Moseleys en lov basert på røntgenspektroskopiske undersøkelser av grunnstoffene. Han fant at hvert grunnstoff produserte unike røntgenspektre, og at det var en sammenheng mellom grunnstoffenes protontall og deres røntgenspektre. Protontallet ble kalt atomnummer. På 1920-tallet erstattet atomnummer atomvekt som definerende egenskap for hvert grunnstoff.

På samme tid tolket den danske fysikeren Niels Bohr periodesystemet ved hjelp av atomteorien. Da fikk man forklaringen på hvorfor grunnstoffene passer i et periodisk system: elektronkonfigurasjonen av de ytre elektronene til grunnstoffatomene i hver gruppe er nemlig den samme.

Mer enn 100 ulike versjoner av periodesystemet har vært foreslått. Felles for dem er at deres opphavspersoner ønsket å få fram de periodiske gjentagende egenskapene på en effektiv og visuelt intuitiv måte. Ett eksempel er spiralformen som den engelske kjemikeren Frederick Soddy la fram i 1911. Her danner hver periode en sløyfe i systemet, mens det vi i dag kjenner som grupper kan gjenkjennes langs horisontale akser. De sjeldne jordartene (lantanoidene, samt scandium og yttrium) har blitt samlet under ett «bånd» i spiralen.

Den franske ingeniøren Charles Janet (1849–1932) laget i 1929 et sirkelformet periodesystem som viser grupper og perioder slik vi er vant til, men på en mer kompakt måte. Fordelen med et sirkelformet periodesystem er at det får fram at systemet er kontinuerlig og ikke stykket opp i rader.

IUPAC publiserer bare én variant av periodesystemet som stadig oppdateres. Her er grunnstoffene ordnet i 7 perioder og 18 grupper med lantanoider og actinoider skilt ut.

Bildet av periodesystemet er produsert av Store norske leksikon og kan lastes ned og brukes fritt til ikke-kommersielle formål. Last ned grunnstoffenes periodesystem i PDF-format.