| 1 | 18 | ||||||||||||||||
| H | 2 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | He | ||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||
| Na | Mg | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||
| Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
Egentlig er det kjemien som er vitenskapenes dronning, fordi den danner grunnlaget for å forstå av de prosessene som foregår i astronomien, biologien, psykologien og de andre vitenskapene, og beskriver hva de tinga som deltar i prosessene består av og hvordan de er sammensatt. Jeg blei interessert i kjemi i 10-årsalderen, og undringa over å kunne bygge molekyler, leike med symboler, bli kjent med det periodiske systemet og observere et stoff med veldefinert farge, lukt og andre egenskaper forvandle seg til noe helt annet, har alltid fengsla meg.
Det at et molekyl bytter ut et par atomer og plutselig ikke er seg sjøl lenger, men et helt annet stoff, gjerne med vidt forskjellige egenskaper, er et merkelig faktum som ikke minst er viktig for å forstå livets opphav. Det er jo det samme molekylet, bare litt forandra, men det har på en måte bytta lag, omtrent slik en forballspiller får seg ny kontrakt og trøye og går over fra å være Arsenalspiller til å være Liverpoolspiller. Identiteten til et molekyl og en fotballspiller er en flytende ting. Mer om dette i fortellinga om karbon.
Ved å klikke på ett av grunnstoffa i det periodiske systemet her over, kommer du til en artikkel med mange interessante opplysninger om det grunnstoffet. Noen av disse artiklene har en gang stått på et BBS, og hadde litt primitiv grafikk, bl.a. med hvit skrift på svart bakgrunn. I en periode etterlikna jeg denne stilen, og mange av artiklene har fortsatt et slikt primitivt preg, men jeg jobber med saken og oppdatere dem etter tur. Men foreløpig har jeg ennå forsida i denne stilen, til minne om BBS-perioden.
Hver av filene er organisert i avdelinger som viser de forskjellige aspektene ved grunnstoffet. De grunnleggende fysiske egenskapene kommer først, deretter en historisk avdeling, også med opprinnelsen til navnet, en geologisk avdeling, den kjemiske avdelingen med underavdelinger for analyse, framstilling og demonstrasjoner, samt noen eksempler på viktige forbindelser, deretter avdelinger om biologi og menneskelig utnyttelse av grunnstoffet med litt kildehenvisninger til slutt. Det er et overordna mål at artiklene skal være nyttige for kjemielever og kjemilærere på alle nivå. Du vil finne alle de viktigste faktaene og mange interessante og morsomme opplysninger med et godt utvalg av mer avansert stoff. Jeg setter pris på alle kommentarer og eventuelle korreksjoner til artiklene.
(Den observante vil kanskje merke seg at jeg avviker fra det som idag er standard for oppsett av systemet, fordi jeg ikke har hørt noen tvingende grunn til at lantanidene skulle være representert i hovedoppsettet med lutetium og actinidene ved lawrencium. Et annet avvik som vil vise seg i artiklene er at jeg nekter å godta endringen av oksyd til oksid. Etter min mening var dette en helt unødig endring. Formen «oksyd» er karakteristisk norsk og har vært brukt her i over hundre år uten at noen har tatt skade av det. Ordet faller lettere i munnen fordi begge vokalene er runde, og jeg synes det tar seg bedre ut i skrift også. Jeg bruker «oksid» i oversettelsene mine fordi jeg må, men ellers synes jeg den er en vederstyggelighet og unngår den når jeg kan. Jeg vil fortsatt gjerne ha underskriftene til alle som er enige med meg.
Dessverre er det for mange tilfeldige nomenklaturendringer i kjemien, som på så mange andre felt. De som styrer og steller i IUPAC og den norske ekvivalenten har det tydeligvis godt og finner lite nyttig å henge fingrene i, altså går de løs på språket. Altfor ofte gjøres det vedtak som ikke innebærer noen egentlig forbedring. Det er kanskje ikke tvingende nødvendig at det skal være noen vits i det man gjør i alle deler av livet, men i et slikt utvalg som sitter og skal bestemme hva man skal kalle de forskjellige tingene man driver på med i det daglige arbeidet synes jeg det kan være en fordel.)
Folk har arbeida med kjemikalier omtrent siden de fikk redskap i hendene. De gamle egypterne, sumererne og kineserne for 5-6000 år sida visste mye om ei rekke forskjellige nyttige substanser, hvordan de kunne blande og omvandle dem og bruke dem til forskjellige ting. Den teoretiske bakgrunnen tok det atskillig lengre tid å komme fram til. De greske filosofene var jo utprega teoretikere, og la på 500-tallet før vår tidsregning det første spede grunnlaget til den teoretiske kjemien. Men de første forsøka var heller famlende og sto ikke på noen måte i stil til den langt framskredne praktiske kjemien på det tidspunktet. De ville fram til en slags ur-materie, noe som var alle andre tings opphav. Noen gjetta på at alt hadde oppstått av vann, andre at ild var alle tings opphav, mens atter andre mente at alt hadde vokst opp av jord, og så videre. Hadde de spekulert videre på denne tråden, hadde de kanskje til slutt tenkt seg fram til kvarker eller superstrenger, hvem veit. Men de skjønte etterhvert at de ikke kunne bli enige om et enkelt urstoff, og som et kompromiss kom de fram til at det var fire urstoff: jord, vann, luft og ild. De hadde altså en representant for hver av de tre aggregattilstandene: fast, flytende og gassformet, mens ilden representerer energi.
Dette systemet med fire urstoff eller elementer utvikla seg med tida til et finurlig og forunderlig idékompleks. Men på sida av dette oppsto det et annet system, grunnlagt på 400-tallet f.v.t. av Leukippos og hans elev Demokritos fra Abdera i Trakia, noe utafor den vanlige sofistikerte greske kultursfæra. De antok at hvis materien kunne deles opp i det uendelige, ville materiedelene til slutt bli uendelig små, d.v.s. lik ingenting, slik at materien egentlig ikke kunne eksistere. Derfor mente de at det var en minste udelelig del av alle stoffer som de kalte atom, nettopp fordi den var udelelig. De fikk en tallrik tilhengerskare som kalte seg atomister, og noen av dem mente at også andre ting enn materien besto av atomer, f.eks. lys, musikk, tanker, bevegelse, altså en slags ekstrem kvanteteori. Atomistene mente at det var formen på atomene som bestemte egenskapene til stoffene de var en del av. Iallfall hvis vi tenker på atomene deres som molekyler, var de jo ikke så langt fra sannheten. Atomteorien blei glemt da de klassiske sivilisasjonene sank i grus, men da Boyle, Newton og Dalton prøvde å få ny forståelse av materiens natur på 16- og 17-hundretallet, hadde de god nytte av ideene til atomistene.
I mellomtida oppretta Platon det første akademiet i Athen, og den fremste eleven hans, Aristoteles, som vel kanskje var den første som hadde som jobb å være vitenskapsmann, gjorde et arbeid med kunnskapsamling og systematisering som ga han en veldig berømmelse og respekt, og da han forkasta atomteorien, var den dømt til å skrinlegges for et par tusen års tid. Men han grunnla de fleste av de vitenskapelige hovedgreinene vi kjenner idag, og skapte en vitenskapelig metodikk som har vært basis for alt seinere vitenskapelig arbeid.
Aristoteles anerkjente læra om de fire elementene, og derfor blei den også grunnlaget for all tenkning om stoffomvandling og stoffenes sammensetning i århundra som fulgte. Dermed ble den teoretiske kjemien gående og famle i blinde, og den praktiske kjemien fortsatte å utvikle seg atskilt fra den i samsvar med menneskenes daglige behov. Kanskje ikke så dumt, egentlig, men noen forståelse av materiens og omvandlingenes natur førte det ikke til.
Likevel blei det en del som beskjeftiga seg med kjemiteori. Med utspring i oldtidas Alexandria hvor egypternes store praktiske kunnskaper i kjemi danna grunnlaget, og med impulser fra hele det hellenistiske verdensriket, vokste det fram ei klasse av alkymister som sverma rundt de aristoteliske elementteoriene. De fortsatte å spre seg gjennom de seinere romerske og arabiske verdensrikene, med tilslutning fra ei parallelt voksende alkymistgruppe i Kina. Alkymi er et arabisk ord som stammer fra gresk khemeia, et ord som betyr å helle noe ut eller over i noe, en aktivitet alkymistene ikke var helt ukjente med. De utvikla en del laboratorieutstyr, særlig i forbindelse med destillasjon, og oppdaga enkelte nye stoff, som av og til kom i praktisk bruk slik at de kunne selge dem for å tjene til livets opphold. Men hoveddelen av arbeidet deres via de til at mål de aldri nådde. Å framstille gull.
I oldtida var det kjent like mange metaller som himmellegemer, derfor var det innlysende at det var en sammenheng mellom dem, og alkymistene ga dem de samme symbolene. Merkur var kvikksølv (☿ – fortsatt mercury på engelsk), Saturn sink (♄), Mars jern (♂), Jupiter tinn (♃), Venus kobber (♀), Månen sølv(☾) og Sola gull (⊙). Hvert av himmellegemene styrte sitt metall, og man trodde at metallene spirte og vokste nede i jorda og blei edlere og edlere jo lengre de fikk bli der nede. De håpte å gjenskape denne prosessen i laboratoriet. At de kunne holde på slik fånyttes i århundre etter århundre er egentlig ufattelig, men det oppsto nok stadig rykter om at den eller den hadde klart det, men tviholdt på hemmeligheten. Det kunne vel hende kanskje at noen satte ut slike rykter sjøl, som forklaring på rikdommer de hadde tilvendt seg på uærlig vis. Uansett måtte jo målet, som også innebar grenselaus rikdom, ha virka grenselaust lokkende.
De grunnstoffa som var kjent i oldtida var karbon, svovel, jern, kobber, sink, sølv, tinn, gull, kvikksølv og bly, men ingen tenkte på dem som grunnstoff, de visste ingen grunn til at de ikke skulle kunne forvandles innbyrdes slik som andre stoff. Blant alle de stoffa alkymistene, med noe hjelp fra gruvearbeidere, oppdaga inntil det 17. århundret var også noen grunnstoff: fosfor, arsen, antimon, platina og vismut. Alle disse nye metalla innebar litt problemer for verdensbildet, for hvilke planeter styrte dem? Det hjalp litt da Galileo Galilei oppdaga de fire månene til Jupiter, og rundt 1800, da alkymien sto for fall, forsvarte den seg krampaktig ved å vise til Uranus og alle de nye asteroidene som blei oppdaga.
Etter vel overstått middelalder begynte enkelte alkymister å tenke mer sjølstendig, og en av dem, Theophrastus Bombastus von Hohenheim, som forståelig nok foretrakk å kalle seg Paracelsus, skilte lag med dem tidlig på 1500-tallet og grunnla iatrokjemien, som hadde som hovedmål å framstille legemidler og utforske livsprosessene. Denne greina blei tilfluktssted for de mer seriøst arbeidende kjemikerne i de neste par århundra.
I 1662 utga den irske naturforskeren Robert Boyle boka «The Sceptical Chemist», hvor han tok avstand fra gullmakeriet og omdefinerte ordet element omtrent slik vi bruker grunnstoffbegrepet idag. Han skjelna også mellom mekanisk blanding og kjemisk forbindelse. I 1789 revolusjonerte Antoine Laurent Lavoisier kjemien da han utga «Traité élémentaire de chimie», hvor han formulerte grunnstoffdefinisjonen klart og presenterte den første lista over grunnstoff, innførte kjemiske likninger og en nomenklatur for navngiving av uorganiske stoff. Dessverre første en annen revolusjon til at han mista livet i 1793. John Dalton grunnla den moderne atomteorien med verket sitt «System of Chemical Philosophy» i 1807. Han fant ut at grunnstoffa kombinerte seg med hverandre i enkle tallforhold og presenterte den første lista over atomvekter.
Lavoisiers liste over grunnstoff besto av alt som man til da ikke hadde klart å finne bestanddeler av. Noen var virkelige grunnstoff: oksygen, nitrogen, hydrogen, svovel, fosfor, trekull(karbon), antimon, arsen, vismut, kobolt, kobber, gull, jern, bly, mangan, kvikksølv, molybden, nikkel, platina, sølv, tinn, wolfram og sink, ialt 23. Andre var «radikalene» av syrer som man mente inneholdt et grunnstoff: saltsyre(klor), flussyre(fluor) og borsyre(bor). Resten var oksyder som man kunne fremstille salt av og trudde var grunnstoff, men som faktisk inneholdt grunnstoff: kalk eller kalsiumoksyd, magnesia eller magnesiumoksyd, barytt eller bariumoksyd (også brukt som navn på andre bariumforbindelser), leirjord eller aluminiumoksyd, og kisel eller silisiumoksyd. Ialt anerkjente han altså 31 grunnstoff. I tillegg inneholdt lista lys og varme (eller caloric som Lavoisier kalte den), som idag ikke regnes som kjemiske grunnstoff. Forbindelser av de to alkalimetallene natrium og kalium hadde vært kjent siden oldtida, men siden de likna ammoniumforbindelsene, som man visste besto av hydrogen og nitrogen, mente han at de ikke var grunnstoff.
Med Lavoisiers liste og definisjon i hendene ble jakta på nye grunnstoff intensivert. Allerede samme året fant tyskeren Klaproth to nye grunnstoff, zirkonium som var «essensen» av mineralet zirkon, og uran, som han i samsvar med gammel tenkemåte oppkalte etter en planet, den nyoppdaga Uranus. Klaproth gjorde det samme i 1803, da han oppkalte grunnstoffet cerium etter den nyoppdaga småplaneten Ceres, og en annen nyoppdaget småplanet, Pallas, inspirerte den engelske kjemikeren Wollaston til å til å bruke grunnstoffnavnet palladium samme året. I mellomtida var en rekke «jordarter» eller oksyder som var utvunnet av mineraler undersøkt og funnet å inneholde grunnstoff: tellur (oppkalt etter jorda sjøl, igjen var Klaproth på ferde), titan, yttrium, beryllium, krom, vanadium, niob, tantal, rhodium og osmium. Den korniske kjemikeren Humphry Davy innførte elektrolysen, som fra 1807 førte til oppdagelsen av ei rekke alkalier og halogener: kalium, natrium, magnesium, kalsium, strontium, barium, jod, litium og brom, mens bor, aluminium og silisium for første gang blei isolert og nye analyser av gamle og nye mineraler førte til oppdagelsen av kadmium, selen, ruthenium og thorium.
Så oppdaga den svenske kjemikeren Carl-Gustaf Mosander lantan i 1839, i et mineral som også inneholdt yttrium. Etter hvert fant man ut at yttriumet heller ikke var reint. Det var startskuddet til et tilsynelatende endeløst arbeid med å separere og isolere sjeldne jordartsmetaller som var nesten identiske i de kjemiske egenskapene. Også lantan viste seg å ha flere bestanddeler. Erbium, terbium, ytterbium, samarium, holmium, scandium, thulium, neodym, praseodym, gadolinium, dysprosium, europium og lutetium kom til mellom 1843 og 1907 etter endeløse serier av fraksjonerte utfellinger. Tyskerne Wilhelm Bunsen og Gustav Robert Kirchhoff utviklet lysspektroskopet til et fintfølende analyseinstrument og de og andre kjemikere oppdaga cesium, rubidium, thallium, indium og helium ved hjelp av spektrallinjene.
Det enkle middelalderske systemet med fire grunnstoffer var en saga blott. Allerede lista til Lavoisier var lang som et vondt år, men nå var den mer enn fordobla. Var det noe system i galskapen i det hele tatt? Johann Wolfgang Döbereiner la merke til at noen av de nye grunnstoffa likna hverandre. I 1829 stilte han opp noen av de kjemisk like grunnstoffa i triader, hvor atomvekta og de fysiske egenskapene til det midtre grunnstoffet lå omtrent midt mellom de to andre: litium-natrium-kalium, kalsium-strontium-barium, nitrogen-fosfor-arsen, svovel-selen-tellur og klor-brom-jod for eksempel. Men de kjemiske grunnstoffa var ikke så pent organisert i grupper på tre og tre, kjemikerne kom etterhvert overens om at magnesium hørte med til kalsiumgruppa, antimon og vismut til nitrogengruppa, oksygen til svovelgruppa og fluor til klorgruppa. Noen av de mest karakteristiske gruppene fikk egne navn, halogener, alkalier (alkalimetaller), alkaliske jordarter (eller jordalkalimetaller), sjeldne jordartsmetaller m.m.
I 1862 plotta Alexandre-Émile Beguyer de Chancourtois grunnstoffa på en sylinder etter atomvekta, og fant at variasjonene i egenskaper gjentok seg i en serie med 16 atomvektenheter mellom de letteste grunnstoffene. Han kalte systemet «den telluriske spiralen». I 1864 arrangerte J.A.R. Newlands de 7 første grunnstoffa på ei rekke som tonene på en kromatisk skala og fortsatte med nye rekker på 7 under denne rekka. Dermed fikk han loddrette rekker med grunnstoffer som likna hverandre og formulerte dette som noe han kalte loven om oktaver. Dessverre fungerte dette bare ned til kalsium, siden blei det bare rot, og arbeidet hans beli forkasta av tidsskriftet han hadde prøvd å få det inn i.
I 1869 merka Dimitrij Ivanovitsj Mendelejev seg at valensene til grunnstoffa steig og sank i perioder. Han organiserte dem i en tabell der han grupperte dem loddrett etter hovedvalensen: 1(H,Li,Na,K,Cu,Rb,Ag,Cs,Au), 2(Be,Mg,Ca,Zn,Sr,Cd,Ba,Hg), 3(B,Al,Y,In,La,Tb,Er,Tl), 4(C,Si,Ti,Zr,Sn,Pb), 5 eller -3(N,P,V,As,Nb,Sb,Ta,Bi), 6 eller -2(O,S,Cr,Se,Mo,Te,W), 7 eller -1(F,Cl,Mn,Br,I) og 8(Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Pt). Dermed løste han problemet til Newlands ved at han lot de seinere periodene være lengre enn de første. Systemet var flott og oversiktlig, men mange var skeptiske, bl.a. fordi han hadde bytta om rekkefølgen til noen av grunnstoffa, f.eks. kom jod i systemet hans etter tellur, som har høyere atomvekt, og systemet stemte dårlig i gruppe 8. Han måtte også legge inn noen tomme plasser i systemet sitt for å få det til å stemme og var dristig nok til å forutsi egenskapene til de manglende grunnstoffene utfra Döbereiners triadeprinsipp. Han kalte bl.a. de to manglende stoffene i gruppe 3 for eka-bor og eka-aluminium, og det i gruppe 4 for eka-silisium. Gallium blei oppdaga i 1875 og viste seg å stemme forbløffende overens med ekaaluminium og det samme skjedde med scandium (ekabor) i 1879 og germanium (ekasilisium) i 1886. Dette var en stor suksess for det periodiske systemet, og det blei akseptert i vide kretser, men det som ennå kasta en skygge av tvil var alle disse nye lantanideoppdagelsene som strømte inn. Det blei trangt om plassen i gruppe 3.
En ting som ikke var noe problem var de oppdagelsene som ble gjort ved William Ramsays laboratorium i slutten av århundret, en serie gasser som var vel så edle som platinametallene og blei plassert i gruppe med dem: argon, neon, krypton og xenon. Oppdagelsen av radioaktiviteten i 1896 førte også til ei rekke nye grunnstoffer som fant sin plass i systemet: radium, polonium, actinium, radon og seinere protactinium. Eksperimenter med røntgenstråler viste at atomnummeret ikke bare anga rekkefølgen av grunnstoffene, men også hadde en fysisk betydning: kjerneladningen. Dermed kunne man måle seg fram til at det mangla grunnstoff med ladning på 43, 61, 72, 75, 85 og 87 enheter. På 1920-tallet fant man hafnium (72) og rhenium (75) ved grundig finkjemming av mineraler. Mer finkjemming fulgte for å finne grunnstoffa som mangla i posisjon 43 og 61, men det ville ikke lykkes. Siden 85 og 87 ikke var med i de naturlige radioaktive seriene, ventet man ikke å finne dem i naturen.
Nå hadde det blitt klart at atomkjernene ikke var så udelelige som navnet tilsier allikevel. I 1919 utførte Ernest Rutherford den første kunstige kjernereaksjonen ved å bombardere nitrogen med alfapartikler og lage oksygen. Slike bombarderinger skulle det bli mye av i tida som fulgte, og rekkevidden av kjernereaksjonene blei også utvida med forskjellige metoder for å akselerere prosjektilene. Slike metoder blei brukt for å framstille technetium (43) i 1937, det første kunstige grunnstoffet, samt francium (87) i 1939 og astat (85) i 1940. Da hadde det allerede lenge pågått eksperimenter for å finne ut om det kunne være noen grunnstoff også hinsides uran, såkalte transuraner. Problemet var at når man bestrålte uran med nøytroner for å få tyngre kjerner blei det danna en mengde lette kjerner i stedet. Det viste seg at uranet spalta seg. Og beregninger viste at uante mengder energi blei frigjort i prosessen. Dermed blei kjernekjemikerne brått uhyre betydningsfulle personer som begynte å spille roller i storpolitikken.
Ved hjelp av partikkelakseleratorer framstilte man neptunium og plutonium i 1940, og deretter curium i 1944. Nøytronbestråling i reaktorer ga americium i 1944 og californium og berkelium i 1949. Promethium (61) fant man endelig i 1945 i fisjonsprodukter fra en atomreaktor. Einsteinium fant man i 1952 og fermium i 1953 i avfallet etter ei kjernefysisk prøvespreging, de var også dannq ved opptak av nøytroner. Men fermium tåler ikke nøytroner, derfor overtok akseleratorene igjen i grunnstoffsyntesen. De store supermaktene kappa med hverandre om å bygge de største syklotronene og de lengste lineære akseleratorene, men de nye grunnstoffene blei stadig mer ustabile og kom til i stadig mindre mengder. Mendelevium kom i 1955, nobelium i 1958, lawrencium i 1961, rutherfordium i 1964, dubnium i 1967, seaborgium i 1974, bohrium i 1976, meitnerium i 1983, hassium i 1984, darmstadtium og r¿ntgenium i 1994, og kopernikium i 1996. De som er oppdaga siden har ennå ikke fått noe navn, det er nr. 113 og 115, som kom i 2003, nr. 117 som kom i 2010, og nr. 114, 116 og 118, som alle kom i 1999, et år som dermed har gått opp på en delt 5.-plass i antall grunnstoffoppdagelser, bare 1808 (B, Mg, Ca, Sr, Ba), 1898 (Ne, Kr, Xe, Po, Ra), 1879 (Sc, Sm, Ho, Tm) og 1886 (F, Ge, Gd, Dy) går foran. 1803 (Rh, Pd, Ce) og 1940 (At, Np, Pu) deler 5.-plassen.