Periodiska systemet

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Vad är det periodiska systemet?



Det periodiska systemet är en tabell över alla dom 110 grundämnena som finns.

Det finns 88 stycken naturliga och 22 stycken är framställda på kemisk väg.



Vad används det periodiska systemet till?



Det periodiska systemet är oumbärligt för kemisten. Systemet används för att hitta egenskaper och se likheter mellan dom olika grundämnena.



Hur är systemet uppbyggt?



Fransmannen Lavoisier var den förste kemist som skilde mellan grundämnen och kemiska föreningar. Han angav 1789 en lista på ett trettiotal grundämnen (en del visade sig senare vara sammansatta av flera grundämnen).



Sedan engelsmannen Dalton 1808 infört det moderna atombegreppet började många kemister ’’jaga’’ grundämnen, dvs. atomslag. Svensken Berzelius intog en tätplats. Han införde på 1810-talet det moderna kemiska beteckningssystemet, där en atom av ett grundämne betecknas med första bokstaven (senare ofta med ytterligare en bokstav) i ämnets latinska namn. På 1860-talet fann ryssen Dmitrij Mendelejev och tysken Lothar Meyer – oberoende av varandra – att om man ordnade de då kända grundämnena efter atomvikt (numera atommassa), så återkom periodiskt samma egenskaper. Därav namnet periodiska systemet. Mendelejev publicerade upptäckten 1869, ett år före Meyer.



Vid denna tid kände man endast till ett sextiotal grundämnen. Det visade sig finnas ’’luckor’’ i systemet. Man antog att det fanns oupptäckta grundämnen, och det gick nu att förutsäga vilka egenskaper de ämnen borde ha som skulle fylla de tomma platserna.



Om man ordnar grundämnen efter atomnumret i stället för atommassan, så stämmer det periodiska systemet helt. (I atommassan ingår också atomkärnans neutroner.)



En atom har lika många elektroner i elektronhöljet som protoner i kärnan. Man införde en atommodell där elektronerna är samlade i olika elektronskal. Varje skal har plats för ett bestämt antal elektroner. Längs varje vågrät rad, period, i periodiska systemet fylls antalet elektroner på. I den första av de sju perioderna finns bara väte och helium. I perioderna 2 och 3 finns vardera åtta grundämnen, i perioderna 4 och 5 finns 18 och i period 6 finns 32 grundämnen. Även period 7 förväntas visa sig ha 32 ämnen, men alla dessa är ännu inte kända.



Ämnen som står under varandra i samma lodräta rad har samma antal elektroner i sitt yttersta skal. Dessa ämnen sägs utgöra en grupp och har mycket likartade egenskaper. Det är nämligen antalet elektroner i atomens yttersta elektronskal som i huvudsak avgör hur den reagerar med andra atomer. Periodiska systemet rymmer 18 grupper, av vilka den första utgörs av väte samt alkalimetaller. Den andra gruppen innehåller de alkaliska jordartsmetallerna och de följande fram till grupp 12 övriga metaller. Grupperna 13 till 16 hyser både metaller och icke-metaller. Här talar man om borgruppen, kolgruppen, kvävegruppen och syregruppen. Grupp 17 består av halogener och grupp 18 av ädelgaser. Grundämnen med atomnummer 58 till 71 (lantaniderna) och 90 till 103 (aktiniderna) intar särställningar. Av de så kallade transuranerna, ämnen med atomnummer högre än 92, har flertalet skapats i laboratorier.

Våren 1995 påvisades grundämne 110.





Jöns Jacob Berzelius



Föddes 1779, dog 1848. Han var kemist, professor vid Karolinska institutet 1807–32, Vetenskapsakademiens ständige sekreterare från 1819, ledamot av Svenska Akademien 1837. Han adlades 1818, blev friherre 1835 och fick 1841 som nationalbelöning en årlig pension.



Berzelius är en av de ryktbaraste svenska forskarna någonsin, och hans arbeten blev grundläggande för kemins uppsving under 1800-talet. Hans värdefullaste verk är arbetet över de bestämda kemiska proportionerna, dvs. införandet av atomteorin i kemin. Han utarbetade en förfinad teknik för att bestämma den kvantitativa sammansättningen av kemiska föreningar. Det resulterade i en tabell över atomvikterna för de flesta då kända grundämnena. Berzelius utarbetade den framsynta elektrokemiska, dualistiska teorin: varje kemisk förening är sammansatt av en positivt och en negativt laddad del, sammanhållna av elektrostatiska krafter. I samband med teorin skapade han 1813 de internationellt använda bokstavssymbolerna för grundämnena och det kemiska formelspråket. Grundämnena cerium och selen upptäcktes av honom och under hans ledning fann man även litium och torium. Berzelius författade bl.a. Lärobok i kemien (1808–30) som blev ett standardverk.















Grundämnen



Grundämnen är ämnen som inte med kemiska medel kan sönderdelas eller övergå i andra ämnen. De består av atomer av samma slag, till skillnad från kemiska föreningar, i vilka minst två olika slags atomer ingår. Grundämnena indelas i metaller och icke-metaller. Halvmetaller intar en mellanställning.



Atomerna består av en kärna av positivt laddade protoner och neutrala neutroner.

Kring kärnan finns ett moln av negativa elektroner. I ett grundämne har alla atomer samma antal protoner och lika många elektroner, så att summan av laddningarna blir noll. Elektronernas antal och gruppering i olika elektronskal avgör atomens kemiska egenskaper, dvs. dess förmåga att bindas till andra atomer.

Grundämnets atomnummer eller kärnladdningstal är lika med antalet protoner i kärnan, och därmed antalet elektroner i skalen hos en neutral atom.



Av de flesta grundämnen finns isotoper. De har olika antal oladdade neutroner i kärnan, men antalet protoner och elektroner är alltid detsamma i de olika isotoperna, som därmed har grundämnets karakteristiska egenskaper. Neutronen har i stort sett samma massa som protonen. De olika isotoperna har sålunda olika atommassa. En gemensam benämning på de olika isotoperna är nuklider.



I naturen finner man 90 grundämnen med totalt 328 olika nuklider. De är ämnen med atomnummer från 1 (väte) till 92 (uran). Dessa är antingen stabila eller har så lång halveringstid att de ännu inte hunnit sönderfalla sedan de bildades. I acceleratorer har man sedan 1937 framställt grundämnena 43 (teknetium), 61 (prometium) och de med atomnummer från 93 till 110, bl.a. plutonium. Dessa senare ämnen, transuranerna, sönderfaller så snabbt att det ofta är svårt att påvisa dem. Det periodiska systemet, där grundämnena ordnas efter atomnummer, ger en viss möjlighet att förutsäga okända ämnens egenskaper.



De flesta naturliga grundämnen identifierades mellan 1735 och 1880, och 25 av dem upptäcktes av svenska kemister. C.G. Mosander svarade för fem och C.W. Scheele och J.J. Berzelius för fyra var.



Ett par grundämnen



Fluor, ett icke-metalliskt grundämne som hör till halogenerna.

Kemiskt tecken F, atomnummer 9, atommassa 19,0, densitet 1,11 g/cm3 i vätskeform och 1,70 g/cm3 i gasform, smältpunkt –220°C, kokpunkt –188°C.



Vid rumstemperatur är fluor en gulgrön gas som är mycket giftig och ytterst reaktiv.

Den kan bilda föreningar med alla andra grundämnen utom de lättaste ädelgaserna, ofta med explosiv våldsamhet. Med väte förenar sig fluor explosivt till vätefluorid (fluorväte), HF, en rykande vätska som bildar fluorvätesyra med vatten. Fluorvätesyrans salter kallas fluorider. Fluor förekommer inte i fri form i naturen utan är i allmänhet bundet i fluorider. De mineral som är viktigast för industriell utvinning är flusspat, CaF2, och fluorapatit, Ca5(PO4)3F. Fluor används främst för framställning av svavelhexafluorid, SF6, och uranhexafluorid, UF6; svavelhexafluorid har mycket god isoleringsförmåga och används därför inom högspänningstekniken, och uranhexafluorid är viktig för separation av uranisotoper. Organiska fluorföreningar har använts inom kyltekniken och plasttillverkningen.



Kol, icke-metalliskt grundämne som är ett av livets viktigaste grundämnen och ingår i allt levande. Även det kol som finns i t.ex. brunkol, stenkol och petroleum har en gång varit beståndsdelar i forntida växter och djur. Kol har blivit ett av industrisamhällets viktigaste grundämnen. Det kemiska tecknet C kommer av latinets carbo.



I ren form förekommer kol som grafit och diamant. Grafit ingår ganska sällsynt i gnejs och kvartsit, ofta samlat i fickor i förkastningssprickor. Det är ett svart, mjukt material uppbyggt i skikt, som lätt kan åtskiljas. Det har god elektrisk ledningsförmåga och kan ingå föreningar med alkalimetaller. Diamant finns mycket sällsynt i vulkaniska gångar i bergarten kimberlit. Det är genomskinligt, ett av de hårdaste material vi känner och har hög värmeledningsförmåga men leder inte elektricitet. Kolatomerna i diamant är mycket tätt packade. För industriellt bruk används syntetiska diamanter.



Allt levande innehåller kol. Vid fotosyntesen binder de gröna växterna koldioxid. De kolföreningar som då bildas kan gå vidare till växtätare och i nästa steg till köttätare. Då växter och djur dör återgår genom förbränning eller nedbrytning större delen av kolet till atmosfären i form av koldioxid. Mellan hav och atmosfär sker ett koldioxidutbyte som hålls i jämvikt av vattnets innehåll av karbonater. Dessa kommer dels från nedbrytning av döda organismer, dels från vittringsprodukter, som kommer från land med floder.



Bly, metalliskt grundämne. Bly är den mjukaste av de vanliga s.k. tunga metallerna. Den är glänsande blågrå men får snabbt av en matt oxidhinna. Bly i ren form är sällsynt i naturen. Det viktigaste blymineralet är blyglans (blysulfid, PbS), och det är också den vanligaste blymalmen. Malmen innehåller ofta silver, som avlägsnas vid en reningsprocess.



Bly är mycket motståndskraftigt mot kemiska angrepp och är dessutom lätt att forma och gjuta. Det används bl.a. till höljen för elkablar och till kärl och rörledningar i kemisk industri. Stora mängder bly används till framställning av blyackumulatorer (bilbatterier). På grund av sin stora täthet används det också som skydd mot radioaktiv strålning. Bly och alla dess föreningar är giftiga och har en tendens att lagras i kroppen, framför allt i skelettet. Blyvitt, Pb3(OH)2(CO3)2, är ett viktigt färgpigment, men i Sverige får det inte längre användas i målningsfärg. Blybensin är motorbränsle med tillsats av tetrametylbly eller tetraetylbly för att förhindra knackning. Tillsatsen, som är tre gånger giftigare än vanligt bly, är en miljörisk därför att den sprids via avgaserna till luften, marken och vattnet.



Argon, ett grundämne som tillhör ädelgaserna. Kemiskt tecken Ar, atomnummer 18, atommassa 39,94, densitet 1,78 g/cm3, kokpunkt –186° och smältpunkt –189°. Det är en färg- och luktlös gas, som utgör ca 0,93 volymprocent av atmosfären. Gasen framställs industriellt genom fraktionerad destillation av flytande luft. Argon används i lysrör och som fyllnad i glödlampor för att förhindra att glödtråden förångas. Den används också inom metallindustrin för att förhindra oxidation, bl.a. som skyddsgas vid svetsning.



Koppar, metalliskt grundämne, en seg, lättsmidd och lätt formbar metall med relativt låg smältpunkt. Dessa egenskaper gjorde kopparn till en mycket tidigt använd metall. Koppar bildar tillsammans med silver och guld den grupp i det periodiska systemet som brukar kallas myntmetaller (grupp 11). Det kemiska tecknet Cu kommer av latinets cu_prum, som i sin tur ytterst kommer av grekiskans Kyprion, från Cypern.



I torr luft får kopparn med tiden ett matt överdrag på ytan av koppar(I)oxid, Cu2O. I fuktig luft bildas beroende på vilka förutsättningar som råder koppar(II)oxid, CuO (svart), kopparsulfat, Cu4(OH)6SO4, eller kopparkarbonat, Cu2CO3(OH)2 (grönt, ärg). De viktigaste kopparmineralen är kopparglans, Cu2S, kopparkis, CuFeS2, cuprit, Cu2O, och malakit, Cu2(OH)2(CO)3.



Ren koppar har stor användning på grund av sin elektriska ledningsförmåga (näst silver högst av alla metaller), sin värmeledningsförmåga och sin korrosionsbeständighet. Kopparlegeringar med zink kallas mässing, med varianterna tombak, deltametall och vitmässing. Legeringar med hög kopparhalt och mindre mängder tenn eller aluminium benämns bronser. Flera kopparlegeringar används till elektriska motstånd, t.ex. konstantan, som innehåller nickel och mangan. Andra legeringar är kopparnickel och nysilver. Många legeringar av stor teknisk betydelse innehåller små mängder koppar.

hängande. Grödor gödslas vid behov med kopparhaltiga gödselmedel. Överdos resulterar i kloros, klorofyllbrist. Brist hos djur ger blodbrist, diarré och pigmentbrist.



Uran, radioaktivt (alfastrålande) metalliskt grundämne, tillhörande aktiniderna och det tyngsta av de naturligt förekommande grundämnena. Kemiskt tecken U. Uran förekommer i mycket låg halt i de flesta graniter och andra magmabergarter och i vissa sedimentära bergarter. De viktigaste uranmineralen är oxiden uraninit, i vilken finns urankristaller, pechblände. Uranhalten i fyndigheterna är oftast mindre än 0,1 %. Stora mängder låghaltigt uranmineral finns i alunskiffrar, i Sverige bl.a. i Närke och Västergötland. Uranbrytning leder till svåra miljöproblem både i gruvorna och i deras omgivningar genom radioaktiv nedsmittning.



Naturligt uran är en blandning av främst isotoperna 238U (99,28 %, halveringstid 4,5 miljarder år) och 235U (0,71 %, halveringstid 0,7 miljarder år). 235U låter sig klyvas genom bestrålning med långsamma neutroner. Anrikat uran är uran som genom separation av gasen uranhexafluorid, UF6, getts förhöjd halt av 235U till 2–3 %. I form av urandioxid, UO2, är detta det vanligaste reaktorbränslet och utnyttjas även i kärnvapen. Ur uran kan plutonium framställas genom neutronbombardemang, t.ex. i en bridreaktor. Utarmat uran är anrikningsprocessens icke klyvbara restprodukt. På grund av sin höga densitet har det funnit användning både i pansarprojektiler och stridsvagnspansar. Tidigare användes uran endast som gult färgämne i glas och keramikglasyrer och i vissa fotografiska förstärkningslösningar.



Miljöförstöring



Stora mängder föroreningar sprids oavbrutet från all världens industrier, städer och sopberg. Utöver spridning av rent giftiga ämnen medför våra aktiviteter bl.a. förhöjda halter av koldioxid och metan i atmosfären, vilket förväntas leda till klimatförändringar. Redan vid en liten höjning av jordens medeltemperatur börjar polarisarna smälta snabbare, vilket medför att havsytan höjs; många av världens mest tätbefolkade områden ligger obetydligt över den nuvarande havsytan. Utsläpp av svavel och kväveföreningar som bildar syror tillsammans med vatten leder till skogsdöd och försurning av mark och vatten, och många organismer slås ut. Syrorna frigör dessutom giftiga ämnen ur marken, förstör byggnader och statyer och ökar korrosionen i metallkonstruktioner. Kväveföreningar, främst från bilavgaser och gödningsmedel, hamnar med tiden i vatten och verkar som närsalter. Det leder till överproduktion av i vissa fall giftiga planktonalger. Då dessa dör bildar de ett icke nedbrytbart lager på sjöbottnen, där inga djur kan leva. Övergödningen av havet nära kusterna väntas få svåra konsekvenser för fisket.



















Ordlista



halogaser, används i bl.a. glödlampor, där gasen innehåller en halogen (jod, brom) eller halogenförening som hindrar metall från glödtråden att avsättas på glaskolvens insida. Lampan kan därmed arbeta vid högre temperatur och ge högt ljusutbyte



ädelgaser, de vid rumstemperatur gasformiga grundämnen som utgör grupp 18 (ibland kallad 0) i periodiska systemet: helium, neon, argon, krypton, xenon och radon. Helium bildas vid alfasönderfall av radioaktiva nuklider och genom sammanslagning av protoner (vätekärnor) i stjärnor. Det är näst väte universums vanligaste grundämne. Helium upptäcktes först i solens spektrum, men finns, liksom alla ädelgaser, även i jordatmosfären (tillsammans ca 1 %, varav nästan 999/1000 är argon).



Ädelgaserna upptäcktes vid 1700-talets slut av Henry Cavendish, som fann att luft utan syre var tyngre än det borde vara. I slutet av 1800-talet visade Lord Rayleigh att ”den tredje” gasen var argon. Renframställning av ädelgaser kan bara ske genom fraktionerad destillation av flytande luft. Ädelgaserna är enatomiga och har fyllda yttre elektronskal. På 1960-talet lyckades man dock framställa föreningar av bl.a. fluor och xenon.

Eftersom ädelgaserna är så kemiskt inerta används argon, krypton och xenon som fyllning i glödlampor och gasurladdningsrör (”neonrör”, lysrör) samt helium i ballonger och luftskepp och som kryogeniskt medium inom lågtemperaturfysiken. Radon bildas vid sönderfall av ämnen i berggrunden.



alkalimetaller, de sex metalliska grundämnen som ingår i grupp 1 (IA) i periodiska systemet: litium, natrium, kalium, rubidium, cesium och francium. Dessa metaller är mycket mjuka och har låg smält- och kokpunkt. De har så lätt att reagera med andra ämnen att de inte förekommer fria i naturen. Alkalimetallerna oxideras lätt i luft och sönderdelar vatten under vätgasutveckling. De bildar envärda positiva joner. För att hindra att metallerna kommer i kontakt med luft eller vatten brukar man förvara dem i fotogen.



alkaliska jordartsmetaller, de sex metalliska grundämnena i grupp 2 (IIA) i periodiska systemet: beryllium, magnesium, kalcium, strontium, barium och radium. De förekommer inte fria i naturen. De alkaliska jordartsmetallerna är hårdare och tyngre, har högre smältpunkt och reagerar mindre lätt med andra ämnen än alkalimetallerna. De bildar tvåvärda positiva joner.



metaller, en av de tre grupper i vilka grundämnena indelas; de övriga är halvmetaller och icke-metaller. Av de ca 100 naturligt förekommande grundämnena är ca 80 metaller. Typiskt för metaller är att de leder värme och elektricitet samt har metallglans. I vanligt språkbruk kallas även legeringar med sådana egenskaper metaller.Kemiskt sett har metallerna ett lättrörligt elektronmoln (gemensamt för alla atomer i en metallisk kropp). Man delar upp dem i s-, d-, p- och f-element efter i vilken orbital de yttre elektronerna befinner sig.



Endast ett fåtal metaller finns i naturen ”gedigna” som rena grundämnen. De flesta ingår i malmer, som föreningar mellan flera metaller eller t.ex. syre, svavel och klor (dvs. som oxider, sulfider eller klorider). Det första steget vid framställning av metall ur malm är anrikning. Man krossar malmen och skiljer stycken med hög metallhalt från övrigt berg. Den fortsatta behandlingen är beroende av om det an...