Tabellens glans er, at en kemiker kan bestemme karakteristika for et grundstof baseret på et andet i samme gruppe eller periode. Det periodiske system, også kaldet det periodiske system af grundstoffer, er et organiseret arrangement af de 118 kendte kemiske grundstoffer. De kemiske grundstoffer er arrangeret fra venstre mod højre og top til bund i rækkefølge efter stigende atomnummer, eller antallet af protoner i et atoms kerne, hvilket generelt falder sammen med stigende atommasse.
De vandrette rækker på det periodiske system kaldes perioder, hvor hvert periodenummer angiver antallet af orbitaler for grundstofferne i den række, ifølge Los Alamos National Laboratory (åbner i ny fane). (Atomer har protoner og neutroner i deres kerne, og omkring det har de deres elektroner arrangeret i orbitaler, hvor en atomorbital er et matematisk udtryk, der beskriver placeringen af en elektron såvel som dens bølgelignende adfærd.)
F.eks. inkluderer periode 1 grundstoffer, der har én atombane, hvor elektroner spinder; periode 2 har to atomare orbitaler, periode 3 har tre og så videre op til periode 7. Søjlerne eller grupperne i det periodiske system repræsenterer de atomare grundstoffer, der har det samme antal valenselektroner, eller de elektroner i den yderste orbitalskall . Som et eksempel har elementer i gruppe 8A (eller VIIIA) alle et komplet sæt af otte elektroner i orbital med højeste energi, ifølge kemiker William Reusch på hans webside ved Michigan State University (åbner i ny fane). Grundstoffer, der optager den samme søjle i det periodiske system (kaldet en “gruppe”), har identiske valenselektronkonfigurationer og opfører sig derfor på en lignende måde kemisk. For eksempel er alle gruppe 18-elementerne inaktive gasser, hvilket betyder, at de ikke reagerer med andre grundstoffer.
HVEM SKABEDE DET PERIODISKE TABEL?
Dmitri Mendeleev, en Russisk kemiker og opfinder, betragtes som “faderen” til det periodiske system, ifølge Royal Society of Chemistry (åbner i ny fane). I 1860’erne var Mendeleev en populær underviser ved et universitet i St. Petersborg, Rusland. På det tidspunkt eksisterede ingen moderne organisk kemi lærebøger i det russiske sprog, så Mendeleev besluttede at skrive en. Mens han arbejdede på den bog, med titlen “Principles of Chemistry” (to bind, 1868-1870), tacklede han samtidig problemet med de uordnede elementer, ifølge Khan Academy (åbner i ny fane). At sætte elementerne i enhver form for rækkefølge ville vise sig at være ret vanskeligt. På det tidspunkt var der 63 kendte kemiske grundstoffer, hver med en atomvægt beregnet ved hjælp af Avogadros hypotese, som siger, at lige store volumener af gasser, når de holdes ved samme temperatur og tryk, rummer det samme antal molekyler.
Der eksisterede kun to strategier til at kategorisere disse grundstoffer: at adskille dem i metaller og ikke-metaller eller gruppere dem efter et grundstofs antal valenselektroner (eller de elektroner i den yderste skal). Den første del af Mendeleevs bog omhandlede kun otte af de kendte grundstoffer – kulstof, brint, oxygen, nitrogen, klor, fluor, brom og jod – og de to strategier virkede for disse særlige grundstoffer, ifølge Michael D. Gordin i sin bog “En velordnet ting: Dmitrii Mendeleev og skyggen af det periodiske system” (Princeton University Press, revideret udgave 2018). Men de var ikke nok til at sortere de 55 yderligere kemiske grundstoffer, der var kendt på det tidspunkt. Så ifølge Royal Society of Chemistry skrev Mendeleev egenskaberne for hvert element på kort, og så begyndte han at bestille dem ved at øge atomvægten. Det var da han bemærkede, at visse typer grundstoffer regelmæssigt dukkede op og bemærkede en sammenhæng mellem atomvægt og kemiske egenskaber. Men den nøjagtige Eureka! øjeblik, der førte Mendeleev til sorteringsstrategien, der producerede hans komplette periodiske system, er omgærdet af mystik. “Det er ekstremt vanskeligt at rekonstruere den proces, hvorved Mendeleev kom til sin periodiske organisering af grundstoffer i form af deres atomvægte,” skrev Gordin om det fulde periodiske system. “Problemet fra historikerens perspektiv er, at mens Mendeleev beholdt næsten alle dokumenter og udkast, der krydsede hans hænder, efter at han troede, han ville blive berømt, gjorde han det ikke før hans formulering af den periodiske lov.”
Gordin fortsatte: “Der er to grundlæggende måder, hvorpå Mendeleev kunne have bevæget sig fra en erkendelse af vigtigheden af atomvægt som et godt klassificeringsværktøj til et udkast til et periodisk system: enten skrev han grundstofferne ud i rækkefølge efter atomvægt i rækker og bemærkede periodisk gentagelse, eller han samlede flere ‘naturlige grupper’ af grundstoffer, såsom halogener og alkalimetaller, og bemærkede et mønster med stigende vægt.” Det viser sig, at den eneste kendte udtalelse fra Mendeleev, der var relateret til hans metode, kom i april 1869; han skrev, at han “samlede kroppe med de laveste atomvægte og placerede dem i rækkefølge efter deres stigning i atomvægt,” ifølge Gordins bog. Uanset hans tankeproces, arrangerede Mendeleev i sidste ende grundstofferne efter både atomvægt og valenselektroner. Ikke alene efterlod han plads til elementer, der endnu ikke var opdaget, men han forudsagde egenskaberne af fem af disse elementer og deres forbindelser. I marts 1869 præsenterede han resultaterne for Russian Chemical Society. Senere samme år blev hans nye periodiske system offentliggjort som et abstrakt i det tyske kemitidsskrift Zeitschrift fϋr Chemie (åbner i ny fane) (Journal of Chemistry), ifølge University of California, San Diego (åbner i ny fane).
LÆSNING AF DEN PERIODISKE TABEL
Det periodiske system indeholder en enorm mængde information:
Atomnummer: Antallet af protoner i et atoms kerne omtales som det pågældende grundstofs atomnummer. Antallet af protoner definerer hvilket grundstof det er og bestemmer også grundstoffets kemiske opførsel. For eksempel har carbonatomer altid seks protoner; hydrogenatomer har altid en; og oxygenatomer har altid otte. Forskellige versioner af det samme grundstof, kaldet isotoper, kan have et forskelligt antal neutroner; også et grundstof kan få eller miste elektroner for at blive ladet, i hvilket tilfælde de kaldes ioner.
Atomsymbol: Atomsymbolet (eller grundstofsymbolet) er en forkortelse valgt til at repræsentere et grundstof (“C” for kulstof, “H” for hydrogen og “O” for oxygen osv.). Disse symboler bruges internationalt og er nogle gange uventede. For eksempel er symbolet for wolfram “W”, fordi et andet navn for det element er wolfram. Atomsymbolet for guld er også “Au”, fordi ordet for guld på latin er “aurum”.
Atommasse: Et grundstofs standard atomvægt er gennemsnittet grundstoffets masse skrevet i atomare masseenheder (amu). Selvom hvert atom har nogenlunde et helt antal atommasseenheder, vil du bemærke, at atommassen i det periodiske system er en decimal; det er fordi tallet er et vægtet gennemsnit af de forskellige naturligt forekommende isotoper af et grundstof baseret på deres overflod. En isotop er en version af et grundstof med et andet antal neutroner i sin kerne. (For at beregne det gennemsnitlige antal neutroner i et grundstof skal du trække antallet af protoner (atomnummer) fra atommassen.)