Wat is het Periodiek systeem

Het periodiek systeem of de tabel van Mendeljev is een slimme manier om alle elementen of atoomsoorten uit de ons omringende wereld op een overzichtelijk manier te rangschikken. De tabel bestaat al heel lang, in 1896 werd de basis door Mendeljev openbaar gemaakt. Sindsdien is deze tabel een bijzonder bruikbaar instrument gebleken voor alle scheikundigen.

Alles is opgebouwd uit atomen

Een sprookje

Stel je eens voor dat alles in het heelal nog geschapen moest worden (bij wijze van spreken) en dat jij de opdracht kreeg om alle stoffen en verbindingen die nodig waren op te bouwen uit twee soorten onderdeeltjes. Je zou twee bouwsteentjes mogen gebruiken: dikke bolletjes met wat gewicht en een positieve lading en lichte bolletjes met een negatieve lading om de positieve te kunnen neutraliseren.

Na een beetje denken zou je kunnen beslissen om een set basisatomen te bouwen, die je dan achteraf zou laten reageren tot alle nodige moleculen.

Om het eenvoudig te maken zou je voor het eerste atoom één positief bolletje als kern kunnen nemen en één negatief bolletje om er omheen te laten vliegen. Het tweede atoom maak je dan uit twee positieve bolletjes als kern en twee negatieve eromheen vliegend. Meteen al bij het tweede atoom zou je een probleem hebben: twee positief geladen bolletjes willen niet dicht bij elkaar blijven liggen, die stoten elkaar af. Je gaat dus terug naar de opdrachtgever om het probleem aan te kaarten. Het opperwezen strijkt met zijn hand over zijn hart en zegt: ok, je krijgt nog één onderdeeltje, een bolletje zonder lading maar met evenveel massa dan het positieve bolletje, dat kan je als vulmateriaal gebruiken tussen de positieven.

Nu lukt het wel, je bouwt nu een hele reeks atomen, met één, twee, drie en meer positieve bolletjes, wat ongeladen bolletjes ertussen om de positieve iets uit elkaar te houden en evenveel negatieve bolletjes om de positieve te neutraliseren.

De bouw van het atoom

Voor wie niet goed heeft opgelet in de scheikundeles of alles al vergeten is; atomen of elementen zijn écht op die manier opgebouwd. Een atoom heeft steeds een kern met positief geladen deeltjes, de protonen met daartussen neutronen om de positieve iets uit elkaar te houden. Deze twee soorten deeltjes vormen de kern van elk soort atoom. Zo goed als alle massa van een atoom zit in die kern. Rond de kern vliegen dan piepkleine negatief geladen deeltjes, de elektronen , als een gouden snaai in de Harry Potter boeken. Elektronen stoten elkaar ook af wanneer ze te dicht bij elkaar in de buurt komen.

helium

Electronen vliegen op een bepaalde hoogte boven de kern, als het ware op een bolvormige schil. Op de laagste schil, dicht bij de kern, kunnen maar twee elektronen vliegen, meer lukt niet, dan komen ze te dicht bij elkaar. Op de volgende schil passen er acht. De derde schil kan tot 18 elektronen bevatten en de vierde tot 32.

Een atoom is het meest stabiel met 8 elektronen op de buitenste schil, twee elektronen op de buitenste schil is ook een vrij stabiele situatie.

Atomen die geen 8 elektronen op de buitenste schil hebben proberen de elektronen van een ander atoom af te pakken of dicht naar zich toe te trekken om stabieler te worden. In de chemie noemen we dat reageren, de twee atomen blijven daardoor tegen elkaar hangen en vormen één of andere molecule.

Het periodiek systeem: een logische rangschikking

Het andere atoom, wat dan één elektron op de laatste schil had geeft dat ene elektron graag af, daar wordt het dan ook stabieler van omdat het dan ook acht elektronen om de laatste, onderliggende schil, overhoudt. Dit atoom wordt dan een positief ion wat aan het andere, negatieve gaat blijven plakken.

Zo zijn er nog veel meer eigenschappen die vasthangen aan het aantal elektronen op de laatste schil. Het was dit feit wat bij Mendeljev, de bedenker van het periodiek systeem een belletje deed rinkelen.

In de jaren rond 1860, toen Mendeljev zijn onderzoek startte, was de bouw van het atoom nog helemaal niet bekend en waren er nog een heleboel soorten atomen onontdekt. Mendeljev merkte op dat wanneer hij alle, toen gekende atomen in oplopende massa na elkaar rangschikte, er een periodiciteit in de eigenschappen optrad. Elke acht elementen kwam één of andere eigenschap zoals neiging om te reageren of hoog of laag smeltpunt weer terug.

Op die manier kon hij een tabel opstellen met rijen van atomen met oplopende massa en met in de kolommen atomen die erg op elkaar leken wat betreft chemische eigenschappen. Hij kon ook al voorspellen dat er nog meer atomen moesten bestaan, die op dat moment nog niet gekend waren, maar waar hij toch de eigenschappen al van kon beschrijven. Later is gebleken dat zijn voorspellingen helemaal correct waren.

Kijk nog eens goed naar het periodiek systeem

Om goed te kunnen volgen is het handig om een periodiek systeem bij de hand te hebben als je de rest van de tekst leest. Als je dat niet hebt kan de onderstaande afbeelding ook dienst doen.

Het eerste element in het periodiek systeem, links bovenaan is H, waterstof. H heeft 1 positief proton in de kern en één elektron wat er rond vliegt. Het tweede element is helium. He heeft twee protonen en twee elektronen. Eerder hadden we la vermeld dat op de eerste schil maar plaats is voor twee elektronen, de eerste schil is dus vol en we beginnen aan de tweede schil, en ook aan de tweede rij in de tabel van Mendeljev.

Neon, Ne heeft 8 elektronen op de tweede, buitenste schil. Deze schil is nu vol en dus beginnen we aan de derde rij in het periodiek systeem.

Op de derde schil is plaats voor 18 elektronen. Een atoom wordt echter erg onstabiel van meer dan 8 elektronen op de buitenste schil. Het volgende element, kalium (K) begint dus in een nieuwe rij en heeft het elektron wat erbij komt op de vierde schil, zodat er nooit meer dan 8 op de buitenste schil zitten.

Element nummer 20, calcium, Ca heeft dan twee elektronen op de buitenste schil. Twee elektronen op de buitenste schil is ook een vrij stabiele toestand, vanaf het volgende element komt het elektron wat erbij komt dus op de derde, onderliggende schil, waar nog plaats was voor 10 elektronen. Deze elementen, die elektronen bijkrijgen op een onderliggende schil noemen we de overgangs-elementen en ze staan op het periodiek systeem tussen de tweede en de derde kolom ingeschoven. Als de derde schil helemaal vol is, gaan we verder met het opvullen van de vierde schil, weer tot er daar 8 elektronen opzitten, bij het element krypton (Kr).

De rest van het periodiek systeem is op dezelfde manier opgebouwd; steeds per element één elektron toevoegen en steeds zorgen dat er nooit meer dan 8 elektronen op de buitenste schil zitten.

Edelgassen

Het zal je misschien ook opgevallen zijn dat de laatste kolom allemaal gassen bevat die in lampen worden gebruikt. De laatste kolom bevat de edelgassen, atomen die zo stabiel zijn door de 8 elektronen op de buitenste schil, dat ze geen neiging meer hebben om te reageren. Ze blijven dus onveranderd, ook als je er stroom doorjaagd zoals in een lamp.

Ook die eigenschap, die dus periodiek terugkomt als je de elementen rangschikt volgens gewicht, was Mendeljev opgevallen. Die tabel van Mendeljev was dus voor zijn tijd een bijzonder knappe vondst.