• Foto: GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

Når kjemien stemmer.

Når kjemien stemmer.

Fra utgave: 1 / januar 2019

I en tid med forvirring i kjemiens verden kunne Dmitrij Mendelejev både påvise slektskap mellom grunnstoffene og forutse uoppdagede grunnstoffer. I 2019 er det 150 år siden han presenterte periodesystemet: kjemiens bærebjelke og én av russisk forsknings viktigste oppfinnelser.

Egenskaper satt i system. Før Mendelejevs tid var grunnstoffenes egenskaper et lite mysterium. Noen så ut til å fungere sammen, andre ble støtt fra hverandre. Hvordan skulle man vite hva som var brennbart eller radioaktivt, stabilt eller ustabilt? Elektroner, protoner og nøytroner var ennå ikke begreper i forskningen. Man prøvde å kategorisere grunnstoffene etter vekt, men ble ikke klok på sammenhengen mellom dem.

Det var imidlertid ett mønster som gjentok seg: sortert etter atomvekt, opptrådte like egenskaper med jevne mellomrom.

Fakta

Periodesystemet.

/ Dette håndskrevne notatet av D.I. Mendelejev er den første kjente varianten av den periodiske tabellen, elementsystemet basert på atomvekt og kjemiske likheter, datert 17. februar 1869 ifølge gammel juliansk kalender, det vil si 1. mars 1869 ifølge dagens tidsregning. 

/ Det første utkastet til periodesystemet ble presentert for Det russiske kjemisamfunn 18. mars 1869 av den russiske kjemikeren Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev (1834–1907).

/ Grunnstoffene er ordnet etter økende atomnummer (antall protoner i atomkjernen), perioder (antall elektronskall rundt kjernen) og grupper (antall elektroner i ytterste skall). De klassifiseres også etter kjemiske egenskaper (metaller, halvmetaller osv.) og i blokker basert på elektronkonfigurasjon.

/ De syv horisontale radene kalles perioder. De vertikale kolonnene kalles grupper (deles i 8 hovedgrupper og 10 undergrupper). Grunnstoffene i hver gruppe ligner hverandre.

/ Foreløpig siste og tyngste grunnstoff er oganesson (nr. 118). De som har høyere nummer enn 92 må fremstilles kunstig.

/ Kjernefysikeren Thorbjørn Sikkeland (1923–2014) er den eneste nordmannen som har bidratt til å finne nye grunnstoffer (nobelium og lawrencium).

/ The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) mener at periodesystemet «står sentralt i å forbinde kulturelle, økonomiske og politiske aspekter av det globale samfunnet gjennom et felles språk», og fikk FN til å godkjenne 2019 som det internasjonale året for periodesystemet.

 

Dmitrij Mendelejev organiserte grunnstoffene i et rutenett. Han satte dem opp i vannrette linjer (perioder) på syv sortert etter atomvekt, og fikk syv loddrette hovedgrupper. I tillegg etterlot han blanke felt til stoffene som ennå ikke var oppdaget. Det skulle vise seg å være kanskje den største genistreken.

Hullene fylles. Mendelejev ble født i byen Tobolsk vest i Sibir i 1834, i en stor ortodoks familie. Faren, som var lektor på videregående, ble blind og måtte slutte i jobben. Moren drev en gammel glassfabrikk, men denne brant ned. Tidlig ble hun klar over sønnens evner, og i 1850 tok hun ham med til storbyen for å gi ham en god utdannelse. Den unge Mendelejev begynte å studere pedagogikk i St. Petersburg, og fikk senere jobb som lærer i realfag. Etter hvert var det kjemien som ble hans viktigste fagfelt.

Det var i læreboken «Kjemiens prinsipper» (1869), som kom ut noen år etter at han hadde blitt professor i kjemi i St. Petersburg, at han presenterte periodesystemet med de 63 kjente grunnstoffene for offentligheten. Tyskeren Julius Lothar Meyer, som i likhet med Mendelejev hadde studert i Heidelberg og deltatt på den første internasjonale kjemikongressen i Karlsruhe i Tyskland, publiserte et lignende system noen måneder senere. Han forutså imidlertid ikke grunnstoffenes egenskaper. Da man etter hvert oppdaget grunnstoffene gallium, germanium og scallium, og de var mer eller mindre nøyaktig slik Mendelejev hadde beskrevet dem både i vekt, tetthet, utseende og reaksjon, fikk hans klassifiseringsskjema bred anerkjennelse.

Viktig korrigering. I «Om korrelasjonen mellom egenskapene til elementene og deres atomvekt» forklarer Mendelejev hvordan han har tenkt rundt utformingen av periodesystemet. Han mente at grunnstoffene med lavest vekt er de som forekommer hyppigst i naturen, og at det er disse som fortjener mest oppmerksomhet fra forskere. Om nummer 1, hydrogen (universets mest utbredte), skriver han blant annet: «Hydrogen har ennå ikke blitt tildelt en endelig posisjon på grunn av sin lave atomvekt (...) hvis jeg kan tillate meg å komme med et ønske når jeg ser på den foreslåtte tabellen, må det være at numrene nær hydrogen fylles inn.»

Han unngikk de altfor bombastiske formuleringene, og oppsummerer med blant annet: Atomvekten til et element kan måtte bli korrigert når dets analogi blir kjent. Altså, kan atomvekten til tellurium være 123–126 og ikke 128? Han gjorde forbedringer flere ganger.

Takket være den engelske fysikeren Henry Moseleys betydelige bidrag til periodesystemet i 1913, sorteres grunnstoffene i dag etter atomnummer (antall protoner i kjernen) i stedet for atomvekt. Siden er det aldri blitt funnet et grunnstoff som ikke kan innpasses i systemet.

Forut for sin tid. Mendelejev var en vitebegjærlig mann, som i sitt 72 år lange liv rakk å publisere artikler innen de fleste naturvitenskapelige fagfelt. Én av hans store interesser var Russlands naturressurser: kull, salt, metaller og petroleum, og utnyttelsen av disse.

Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev (1834–1907)

 

Men han hadde også to lite populære kampsaker: at kvinner skulle få adgang til universitetene, og at naturvitenskapene skulle styrke sin stilling, og ikke stå i skyggen av gresk og latin. Angivelige uoverensstemmelser med universitetet gjorde at han skiftet beite og ble direktør i det russiske justervesenet i 1893.

Mendelejev, som av den russisk-ortodokse kirken ble regnet som bigamist fordi han ikke ventet syv år mellom sine to ekteskap, var ved siden av arbeidet sitt opptatt av kunst og reiser. Han var med på ekspedisjoner til både Nordishavet og Uralfjellene, og har fått to breer oppkalt etter seg: på Svalbard og i Antarktis.

Periodesystemet fikk enorm betydning for utviklingen av ulik teknologi. Kanskje ante Mendelejev, på tross av sin ydmyke holdning til det ukjente ved grunnstoffene, at han skulle være banebrytende.

Han høstet flere medaljer og priser (innstilt til, men vant ikke, nobelprisen i 1906), og var utenlandsmedlem i flere komiteer. Han fikk også grunnstoff nummer 101, det radioaktive mendelevium, oppkalt etter seg. 

Periodetabellen Øverst: Periodesystemet slik Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev satte det opp. Denne tabellen ble publisert i 1871. Over dagens tabell med alle grunnstoffene. Foto: CHEMICAL HERITAGE FOUNDATION/WIKICOMMONS og ERIK BOLSTAD/SNL.NO

 

Systemet utvides. I 1904, tre år før Mendelejevs død, fikk britene John William Strutt (Lord Rayleigh) og Sir William Ramsay nobelprisen i henholdsvis fysikk og kjemi for sin oppdagelse av argon, som sammen med de andre edelgassene utgjør gruppe 18. Periodesystemet justeres når det kommer nye oppdagelser, men har ikke endret seg i grunnstruktur.

Kjemiens allmenne appell fikk seg en boost i 2016 da The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) skulle navngi de fire nykommerne som sluttfører rad nummer syv. De ble oppkalt etter oppdagelsessted/-person, som etter tradisjonen er én av måtene å navngi på: nihonium (etter Nihon, japansk for Japan), moscovium (etter Moskva), tenness (etter Tennessee) og oganesson* (etter den russiske atomfysikeren Jurij Oganesian, som også oppdaget bohrium i 1976).

IUPAC aksepterte kommentarer fra publikum i fem måneder, og uttalte i en pressemelding at de var veldig glade for å se at så mange var interessert. De yngste innsenderne av essays hadde vært elever på videregående.

Oganesson er nummer 118 og det foreløpig høyeste i tabellen. De supertunge grunnstoffene er svært ustabile og stadig vanske-ligere og mer tid-krevende å fremstille. Derfor ligger det stor internasjonal prestisje i å klare det. Grunnstoff 119 vil, når det bekreftes og godkjennes, plasseres i gruppe 1 og starte periode 8.

Ennå vet vi ikke når vi ser systemets slutt.

 

* Norske grunnstoffnavn fastsettes av Norsk språkråd, etter anbefaling fra Norsk Kjemisk Selskap. Hovedregelen er at «eksotiske» grunnstoffer får internasjonal ortografi på norsk. Engelsk endelse -ine droppes.