Elementen – konstiga och underbara

Förbundet FN har utropat 2019 till det internationella året för det periodiska systemet för kemiska grundämnen. Detta för att fira 150-årsdagen av Dmitri Mendelejevs ansträngningar att skapa ett periodiskt system av grundämnen.

Det periodiska systemet av kemiska grundämnen är en av vetenskapens mest betydelsefulla landvinningar, som fångar essensen inte bara av kemi, utan även av fysik och biologi.

United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization

Människor har känt till och använt rena former av grundämnen som svavel i tusentals år, men vetenskapen om att isolera och identifiera grundämnen tog verkligen fart på 1700-talet. När forskarna samlade in mer information kände de igen mönster i grundämnenas egenskaper. Eftersom de är vetenskapsmän var deras nästa steg att kategorisera grundämnena och skapa en viss ordning – vilket beskrivs i artikeln Utveckling av det periodiska systemet.

Ett grundämne är ett grundämne är ett grundämne

Ett grundämne är ett ämne som består av atomer med samma atomnummer. Grundämnet järn består endast av järnatomer, och järnatomer är desamma överallt – järnatomer på jorden är desamma som järnatomer på Mars.

Denna information – och periodiska systemets ordningsföljd – kan få grundämnena att framstå som något förutsägbara och tråkiga, men många av grundämnena har en del ovanliga aspekter hos dem. Nedan följer bara några märkliga och underbara elementfakta.

Fasta grundämnen

De flesta av grundämnena är fasta vid standardförhållanden (rumstemperatur och tryck):

• Iod (I) är ett fast ämne, men när det upphettas sublimerar det lätt – det går direkt över till gasformigt tillstånd – och avger en lila ånga.
• Gallium (Ga) kan förvandlas från fast ämne till vätska genom att bara sitta i din hand. Det har en smältpunkt på 29,8℃. Den genomsnittliga temperaturen i människokroppen är 37℃. Dess kokpunkt är dock ganska hög – 2 229 °C – vilket gör gallium användbart i högtemperaturtermometrar.
• Nästan alla elementära metaller är silverfärgade. Guld (Au) och koppar (Cu) är de enda två undantagen.
• Det mest sällsynta naturligt förekommande grundämnet är astatin (At). Det finns ungefär 28 g av det i jordskorpan. Astatin har fått sitt namn från det grekiska ordet astatos, som betyder instabil.
• Kol (C) reagerar med andra grundämnen och bildar 10 miljoner olika föreningar. Kol utgör 20 % av massan hos levande varelser.
• Elterna fermium (Fm) och einsteinium (Es) upptäcktes som ett resultat av det första vätebombstestet 1952. Drönare bar filterpapper för att samla in prover från atmosfären, och de två grundämnena hittades i skräp på pappret. Båda grundämnena är syntetiska och radioaktiva och produceras endast i mycket, mycket små mängder. Båda grundämnena är också uppkallade efter kända vetenskapsmän.
• Kalium (K) är så reaktivt att det inte finns naturligt i sig självt. Rent kalium måste förvaras i olja eller fotogen för att det inte ska reagera i luften.
• Caesium (Cs) är ett annat reaktivt grundämne. Det antänds spontant i luft och reagerar explosivt med vatten. Det lagras och transporteras vanligtvis i mineralolja.
• Magnesium (Mg) behövs för mer än 300 biokemiska reaktioner i våra kroppar. Magnesiumhjul – mer kända som maghjul – användes på 1960-talet. De var lätta, vilket gjorde dem idealiska för racing. Nackdelen var att de var korrosionsbenägna och (felaktigt) ansågs vara brandfarliga. Fälgar för tävlingscykling är numera tillverkade av en magnesiumlegering.

Vätskande grundämnen

Det finns bara två grundämnen som existerar i flytande form vid standardförhållanden – kvicksilver och brom:

• Kvicksilver (Hg) löser upp och/eller korroderar många metaller, och som en följd av detta tillåts det vanligen inte ombord på flygplan.
• Brom (Br) är skadligt för atmosfären. Det är ansvarigt för upp till hälften av ozonförlusten över Antarktis. Människor är ansvariga för cirka 30 procent av brom i atmosfären.

Gasformiga grundämnen

Det finns 11 gasformiga grundämnen vid standardförhållanden:

• Helium (He) är det näst vanligaste grundämnet i universum, men är faktiskt ganska sällsynt på jorden. Ljudhastigheten i helium är ungefär tre gånger så hög som ljudhastigheten i luften. Detta gör att människors röster blir höga och pipiga när de andas in helium.
• Väte (H) är det lättaste grundämnet och det vanligaste kemiska ämnet i universum. Det gav lyftkraft till den första tillförlitliga formen av flygresor. Det är också lättantändligt, så de flesta flygförbindelser med vätgas upphörde i slutet av 1930-talet.
• Vi förknippar neon (Ne) med ljusa skyltar. Neon står för det rödorange ljuset, men en annan ädelgas som heter krypton (Kr) kan faktiskt stå för de mångfärgade neonskyltarna. Rören målas med den önskade färgen, och kryptons vita urladdning skapar den lysande effekten.

Element med okänt tillstånd

Elementen i den 7:e perioden (raden) från rutherfordium (Rf) till tennessin (Ts) är så kortlivade att forskarna inte på ett tillförlitligt sätt kan klassificera dem som fasta ämnen, vätskor eller gaser:

• Tennessin (Ts) fick ett officiellt namn 2016. Det produceras artificiellt och dess mest stabila isotop har en halveringstid på cirka 80 millisekunder.

Elementbrist

En mer allvarlig sak är att det finns en oro för att världen riskerar att få slut på vissa grundämnen på grund av begränsade tillgångar och brist på återvinning. Vissa grundämnen finns i områden där konflikter gör gruvdrift farlig. European Chemical Society konstaterar att omkring 10 miljoner smartphones kasseras eller byts ut i Europeiska unionen varje månad. Eftersom varje smartphone kräver 30 grundämnen per telefon – är det en betydande del av grundämnena som vi borde återvinna.