Lang leve Mendelejev!

Honderd jaar geleden, op 2 februari, stierf Dmitri Mendelejev. In ieder scheikundelokaal hangt zijn Periodiek Systeem der Elementen uit 1869 aan de muur. Is het model ook voor chemici van nu nog actueel? Theoretisch chemicus Gerrit Groenenboom over Mendelejevs tabel.

2 februari 2007

Gerrit Groenenboom is theoretisch chemicus. Hij berekent hoe moleculen in elkaar kunnen zitten op basis van de kwamtumeigenschappen van hun atomen. Heeft dat nog iets te maken met de oude chemische tabel van Mendelejev? ‘Elk gesprek met een chemicus kun je beginnen in het Periodiek Systeem. In welk gebied houd jij je op? En wat is daar over te vertellen?’

Theoretisch chemicus Gerrit Groenenberg van de Radboud Universiteit. ‘Elk gesprek met een chemicus kun je beginnen in het Periodiek Systeem.’
bron: RU Nijmegen.

Hoe gebruik jij de tabel van Mendelejev eigenlijk?

‘Het Periodiek systeem is een soort landkaart die je helpt te navigeren in de wereld van de elementen. Als je gevraagd wordt te kijken naar een bepaald atoom, begin je altijd bij het Periodiek Systeem. Via het internet tegenwoordig. Dan kan ik al snel zien of de vraag triviaal is, te complex, of juist lekker uitdagend.
“Ik vind het altijd leuk als ik door een onderzoek in een nieuw gebied van elementen terecht kom. Zo ben ik onlangs begonnen met de ‘zeldzame-aarde-elementen’. Dat is de bovenste van die twee rijen die onder de tabel staan. Die vormen een wereld op zich.’

Periodiek systeem uitgebreid. Zeer zware elementen zijn overwegend uitermate instabiel. Toch moeten er ook ultra-stabiele, superzware elementen bestaan, met halfwaardetijden van miljarden jaren. Die ultrastabiele elementen zouden te vinden zijn bij de ‘superactiniden’: de elementen 122-153. De zoektocht naar deze zware jongens is in volle gang.
Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Waarom staan die eigenlijk zo apart? De atomen staan toch op gewicht gerangschikt, die nummertjes die er altijd bijstaan?

‘Ja, dat is zo. En eigenlijk horen die zeldzame-aarde-elementen er ook gewoon tussen. Maar dan krijg je zo’n raar breed model, dus hebben ze er maar tussenuit geknipt.

‘Mendelejev baseerde het model op twee dingen: het aantal reacties dat de atomen aangingen – dat zijn de kolommen. En het gewicht van de atomen. Dat dat samenhangt met het aantal protonen en electronen in de kern wist Mendelejev overigens niet: hij dacht net als zijn tijdgenoten dat atomen ondeelbaar waren. De verklaring voor zijn model kwam pas veel later.’

Dimitri Mendelejev (1834 – 1907).

Wat is die verklaring?

‘Kijk, de elektronen zitten in schillen om de kern heen. Dat zijn de rijen in het systeem. Er past een bepaald aantal elektronen in zo’n schil. In de eerste schil passen er twee. Dat is de eerste rij, en daar staan dus ook maar twee atomen: waterstof en helium. Waterstof heeft één elektron, helium twee. De volgende rij heeft twee schillen. De eerste is al vol en in de tweede schil passen maximaal acht elektronen. Hier vind je dus de atoomgetallen 3 tot 10.

‘De kolommen laten zien of de buitenste schil helemaal vol zit, of een aantal elektronen mist. Dat verklaart het aantal reacties dat een atoom kan aangaan.’

Valt er nu nog iets nieuws te ontdekken aan het systeem?

‘De volgorde van de elementen staat vast. Daar zal niks aan veranderen, die klopt gewoon. Maar om nou te zeggen dat we alles weten over atomen… nee, er is altijd weer iets nieuws. Zelf kijk ik momenteel naar de interactie tussen atomen als ze extreem zijn afgekoeld. Dat wordt bepaald door kwantummechanische eigenschappen.

‘Het sterke van Mendelejev was trouwens wel dat hij een model met gaten durfde te presenteren. Hij voorspelde terecht dat er nog elementen ontdekt moesten worden en wat voor eigenschappen die dan zouden hebben.’

Cyclotron. Technici van het Lawrence Berkeley National Laboratory sleutelen aan de Berkeley Gas-Filled Separator – een high-tech deeltjesscheider – van het 88-inch cyclotron, het giga-apparaat waarmee in april en mei 1999 element 118 werd gemaakt.

En worden er nu nog elementen ontdekt?

‘Nee, maar er worden wel elementen gemaakt door de kernen te laten versmelten. Vorig jaar werd element 118 gemaakt in Lawrence Livermore National Laboratory in een samenwerking met het Russische Joint Institute for Nuclear Research.

‘Die nieuwe atomen vallen weer extreem snel uit elkaar. Als scheikundige heb je daar niks aan, je kunt er niks mee bouwen. Maar fysici kunnen daar wel van leren. Vlak na de oerknal moet toch alles extreem dicht op elkaar hebben gezeten.

‘Mendelejev zag dat trouwens zelf ook al in, dat zijn model zowel betrekking had op het ontstaan van het heelal als op het leven op aarde.’

Dit artikel verscheen eerder in de online wetenschapsagenda van de RU Nijmegen.

Marathonuitzending NPO Doc: Elements

Zonder ons inzicht in elementen zou de wereld er totaal anders uitzien. Alles wat de mens gebouwd, gemaakt en uitgevonden heeft, is gebaseerd op onze kennis van elementen. Presentator en scheikundige Jim Al-Khalili vertelt zondag 23 december in een marathonuitzending op NPO Doc het complete verhaal over de elementen op een zeer toegankelijke manier.