Inhoudsopgave:
Hoe is het periodiek systeem opgebouwd? Valentie-elektronen. Quarks de meest elementaire deeltjes en hun spin. Quark-gluon plasma.
De elementen. Waterstof. Helium. Kernenergie in de Zon. Koolstof. Methaan. Stikstof. Zuurstof. Cyanobacteriën. Fotosynthese. Ozon of smog. Oxidatie en verbranding. IJzer.
De andere 112 elementen staan in volgorde van het Periodiek systeem.
De ontspannende werking van Epsom-zouten. Zwavelbronnen. Chloor en keukenzout. Calcium en koraalrif. Chroom 6 en ’n vulkaantje. Corrosie en roesten is het uitwisselen van elektronen. IJzer en water op de rode planeet.
Hoe is het periodiek systeem opgebouwd?
Wat zijn edelgassen?
Wat zijn halogenen? Bron: aljevragen.nl
Alle elementen zijn gerangschikt naar opklimmend atoomnummer.
Het atoomnummer geeft het aantal protonen in de kern van het atoom aan. Wanneer het atoom als geheel elektrisch neutraal is, is het atoomnummer gelijk aan het aantal elektronen in de elektronenwolk rond de kern. Juist die elektronen bepalen het chemische gedrag van een atoom. Atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillende massagetallen zijn isotopen.
Het massagetal is de som van het aantal protonen en neutronen in een atoomkern. De meeste atomen kunnen meerdere massagetallen hebben. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat het aantal neutronen in de kern kan variëren. Het aantal protonen in een bepaald atoom is echter altijd hetzelfde.
De atomaire massa-eenheid aangeduid als u van het Engelse atomic mass unit, is gedefinieerd als 1/12 van de massa van één koolstof-12 atoom = = 1,993 × 10−23 g
Elektronen in de buitenste regionen van de wolk, bepalen voornamelijk de scheikundige eigenschappen van de atomen. Elektronen zoeken hun eigen welbepaald plekje om de atoomkern. Ze zijn zich “onbewust” elementair en atomair bewust van hun omgeving.
De elektronenconfiguratie van een atoom geeft aan hoe de elektronen verdeeld zijn in banen rondom de kern van het atoom. Het woord ‘baan’ is hier echter ’n beetje misleidend, omdat het elektron zich ook als een golfverschijnsel gedraagt. Toch is het handig om van banen te spreken. Voor iedere golvende baan beschrijft een wiskundige formule de waarschijnlijkheid om het elektron ergens aan te treffen. Elke baan heeft een bepaald energieniveau ten opzichte van de kern en worden van binnenuit het eerst opgevuld In het algemeen geldt: hoe verder van de kern, hoe hoger het energieniveau, maar de elektronen beïnvloeden ook elkaar omdat zij geladen deeltjes zijn. Valentie-elektronen zijn de elektronen die zich bevinden in de buitenste regionen van de elektronenwolk van een bepaald atoom. Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen: aljevragen.nl.atoombindingen
Instead of being organized in Bohr’s 2-D orbits, electrons are actually found in 3-D orbitals. Each orbital defines an area where the probability of finding an electron is high. These orbitals are known as electron “clouds”
De banen kunnen onderverdeeld worden in een aantal schillen en subschillen, die genummerd kunnen worden met hun hun kwantumgetallen-en-orbitalen.
Elektronenconfiguratie
De elektronenconfiguratie is de verdeling van de elektronen van een atoom over de beschikbare energieniveaus.
Toestand-beschrijving: volgens de klassieke mechanica is het mogelijk een bepaalde toestand van een systeem te beschrijven door van ieder van de deeltjes waar het systeem uit bestaat de positie en bewegingssnelheid op een bepaald moment aan te duiden. Het onzekerheidsprincipe stelt: hoe nauwkeuriger de plaats bekend is, hoe groter de onzekerheid in snelheid, en omgekeerd. Quantumgetallen worden in de quantummechanica gebruikt voor deze toestand-beschrijvingen.
We onderscheiden 7 hoofdschillen, K-L-M-N-O-P-Q. Hun kenmerk is het hoofdkwantumgetal n. We nummeren ze van 1 (overeenkomend met K) tot 7 (overeenkomend met Q). Er geldt dat hoe hoger de waarde van n is, des te groter is de energie van de schil.
Elke hoofdschil bevat maximaal maar 2n22n2 elektronen, met een absoluut maximum van 32. Per hoofdschil zijn er ook nog n subschillen. Deze komen overeen met kleine energieverschillen binnenin de schil. Ze worden gekenmerkt door het nevenkwantumgetal ll. ll heeft een bereik van 0 tot n–1n–1. Er zijn 4 verschillende subschillen. We noemen ze s-p-d-f.
De elektronenconfiguratie van platina (Pt): 1s 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d9 6s1
(eerste schil 2 elektronen, tweede schil 8 elektronen, derde schil 18 elektronen, vierde schil 32 elektronen, vijfde schil 17 elektronen en de zesde schil 1 elektron)
Als in de elektronensamenstelling van een element slechts één elektron wordt uitgestoten of opgenomen verandert de samenstelling van de elektronen zodanig, dat er een ander element ontstaat: elementaire deeltjes beïnvloeden elkaar in een vervalproces van radioactiviteit. In een vervalproces, het β−-verval, kan een neutron omgezet worden in een proton waarbij een elektron wordt uitgestoten: het atoomnummer is door het extra proton één hoger geworden. Bij elektronenvangst wordt een elektron door een proton opgenomen. Daarbij wordt het proton (met het opgenomen elektron) omgezet in een neutron en een neutrino. Het massagetal blijft daarbij gelijk, maar het atoomnummer wordt met één verlaagd.
Elektronegativiteit is de mate hoe sterk een atoom elektronen aantrekt. Hoe groter de elektronegativiteit, hoe sterker een atoom elektronen aantrekt.
Door ’n hoge elektronegativiteit, een maat voor de neiging van een atoom een binding aan te gaan met een ander atoom om de gezamenlijke elektronenwolk naar zich toe te trekken, binden niet-metalen hun elektronen heel sterk aan de kern. M.a.w. ze staan niet gemakkelijk een elektron af en zijn daardoor sterke oxidatoren, die gemakkelijk een elektron opnemen. Stoffen die elektronen gemakkelijk afstaat zijn reductoren. Een reactie tussen atomen, moleculen en/of ionen waarbij elektronen worden uitgewisseld, wordt een redoxreactie genoemd, een samenstelling van de begrippen reductie en oxidatie.
Edelgasconfiguratie: video de-edelgasconfiguratie-scheikunde-scheikundelessen.nl
Een edelgasconfiguratie is een toestand van de verdeling van elektronen, waarbij de elektronen in de buitenste schil, de configuratie (de samenstelling) van de elektronen van een edelgas hebben. Deze configuratie komt niet overeen met een lege, maar een volle buitenste valentieschil en wordt daarom ook open-schil-configuratie genoemd. De open-schil-configuratie is een energetisch gunstige configuratie, die ook nagestreefd wordt door atomen in hun verbindingen. Dat is de grond voor de octetregel met betrekking tot het aantal valentie-elektronen van de atomen in hun verbindingen. Octetregel zegt dat atomen op een zodanige manier proberen te combineren dat ze elk acht elektronen in hun buitenste schil hebben. Met andere woorden: atomen streven ernaar om een edelgas te vormen.
Valentie-elektronen
Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen. Het aantal valentie-elektronen bepaalt de bindingsmogelijkheden van een atoom. Deze bevinden zich in de buitenste ‘banen’ of beter ‘regionen’ en worden daarom makkelijk afgestaan om een verbinding aan te gaan.
Een valentiebinding komt voort uit de regel dat het centrale atoom in een molecuul de voorkeur geeft aan het vormen van elektronenparen. Met het begrip ‘valentie’ wordt het maximale aantal atomen aangegeven, dat een chemische verbinding kan aangaan met een gegeven ander atoom.
Groep (zie opbouw periodiek systeem)
Een verticale kolom van elementen die verwante eigenschappen vertonen wordt een groep genoemd. Er zijn in totaal 18 groepen.
Periode
Een horizontale rij van elementen met toenemend atoomnummer wordt een periode genoemd. Er zijn in totaal 7 periodes.
De meest elementaire deeltjes van het vroege universum: Quarks en hun eigenschappen.
Protonen en neutronen zijn opgebouwd uit quarks, die samen met elektronen de elementaire bouwstenen zijn van alle materie.
Zowel elektronen als quarks hebben eigenschappen die we spin noemen.
Zie ook Spinor voor een scherpe visualisering om spinning voor te kunnen stellen.
Spin is een magnetische richting van een elementair deeltje. Het is een kwantummechanische eigenschap, die op geen enkele wijze met de klassieke mechanica is te beschrijven.
Een magnetisch moment wordt ondervonden door lussen van elektrische stroom zoals in elektro- en permanente magneten, elementaire deeltjes, diverse moleculen én zelfs in planeten, manen en sterren.
Dit momentum wordt ondervonden wanneer dergelijke minuscule en grotere objecten doorheen een magneetveld bewegen en een magneetveld creëren. Het momentum geeft een maat van sterkte en de oriëntatie aan van de magnetische noord- of zuidpool dat het in dat veld veroorzaakt.
Quark-gluon plasma
Hot-quark-soup-produced-at-rhic.
Quarks en gluonen zijn deeltjes met “kleurlading. Net zoals elektrisch geladen deeltjes elkaar beïnvloeden door het uitwisselen van fotonen, zo is er bij “gekleurde” deeltjes de sterke kernkracht voor het uitwisselen van gluonen. Hierbij worden ze vaak aan elkaar “gelijmd”.
Van die ‘kleuren’ bestaan drie soorten, die elkaar samen opheffen, zoals positief + en negatief – dat doen bij de elektrische lading. Gekozen is daarom voor de naam kleur-lading, met als soortnamen “rood”, “groen” en “blauw” (samen “wit”).
Het universum bestond op zijn eerste momenten uit een perfecte vloeistof.
Wetenschappers van de Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) van Brookhaven National Laboratory op Long Island, New York, hebben vijf jaar lang gezocht naar het quark-gluonplasma waarvan wordt gedacht dat het ons heelal heeft gevuld in de eerste microseconden van zijn bestaan.
Vreemd genoeg leek het eerder een vloeistof dan het verwachte hete gas.
Quarks zijn de bouwstenen van protonen en neutronen, en gluonen dragen de sterke kracht die ze met elkaar verbindt. Er wordt aangenomen dat deze deeltjes na de intense hitte van de oerknal enige tijd nodig hadden om tot gewone materie te condenseren. Om deze soep van ongebonden deeltjes na te bootsen, versnelt de RHIC geladen goudatomen in de buurt van de lichtsnelheid voordat ze samen worden gebroken. Eerdere experimenten hebben aangetoond dat deze botsingen iets creëren dat twee biljoen graden Celsius bereikt: ongeveer 150.000 keer heter dan het centrum van de Zon.
Wanneer geladen deeltjes in deze quark-gluon-plasma bewegen, creëren ze een magnetisch veld, waardoor een netwerk van ‘spinning quarks and gluons’ ontstaat. Voor deeltjes is de richting van de spin een belangrijke beschrijving van het impulsmoment. Dit is een “hoeveelheid draaiing” van iets: een draai-impuls. Impuls is de “hoeveelheid beweging”, gerelateerd aan de snelheid en de massa (in het Engels momentum).
Behoud van impulsmoment bij kunstschaatsers: Als een kunstschaatser een pirouette maakt, zie je vaak dat de draaiing wordt ingezet met wijd uitgestrekte armen. Als de schaatser de armen intrekt wordt de draaiing enorm versneld. Dat is een direct gevolg van het behoud van impulsmoment: de afstand van de armen tot het midden wordt steeds kleiner, dus de snelheid wordt groter.
De elementen
De volgende animatie toont de opbouw van het hele periodiek systeem: de atoommassa wordt steeds zwaarder.
Animatie opvullend Periodiek Systeem atoms-orbitals-and-periodic-table
Waterstof en helium zijn de twee lichtste en tevens de allereerste atomen, die het hele stellaire proces in gang hebben gezet. De allereerste sterren in het universum zijn gevormd door het samensmelten van waterstof en helium. Hierna kwam de stellaire nucleosynthese opgang (=stellaire samenstelling), 200 miljoen jaar later in de gevormde sterren. De supernovae nucleosynthese, vele honderden miljoenen jaren later, zegt iets over de vorming van elementen tijdens de explosies van supernova’s. In een type Ia supernova, veroorzaakt door exploderende witte dwergsterren die te zwaar zijn geworden, kan op deze wijze magnesium tot en met nikkel ontstaan, in type II supernovae, zeer zware sterren die na de ijzerverbranding exploderen, kunnen nog zwaardere elementen vormen, waarbij heel snel neutronen worden ingevangen.
Mijn bronnen: Dynamisch Periodiek Systeem // Chemistry Explained // aljevragen.nl
1. Waterstof (H)
De atomic mass unit is gedefinieerd als 1/12 van de massa van één koolstof-12 atoom = = 1,993 × 10−23 g
Elektronenconfiguratie: 1 valentie elektron // Orbitaal 1s1
Waterstof is het meest eenvoudige element met slechts één proton en één elektron en is daarmee het meest voorkomende element in het universum. In 1766 werd door de Engelse chemicus en natuurkundige Henry Cavendish bewezen dat water een verbinding is van waterstof en zuurstof, toen hij experimenten uitvoerde met kwik. Hij vermoedde dat het metaal de bron van het gas was. Daarom noemde hij zijn nieuw ontdekte element brandbaar gas van metalen. Enkele jaren later gaf Antoine Lavoisier waterstof de huidige Latijnse naam hydrogenium.
Onder atmosferische omstandigheden vormt waterstof een twee-atomig molecule: diwaterstof = moleculaire waterstof (H2) dat meestal gewoon als waterstof of waterstofgas aangeduid wordt.
Fysische eigenschappen waterstof
Onder extreem hoge druk, bijvoorbeeld in gasreuzen zoals de planeten Jupiter en Saturnus, komt metallische waterstof voor. Dit komt doordat de metallische moleculen (in dit geval moleculair waterstof) onder extreem hoge drukzich gaan gedragen als een vloeibaar metaal.
Bij extreem lage druk, zoals voorkomt in de ruimte tussen de sterren, komt waterstof vooral voor in de vorm van losse atomen, eenvoudig omdat er geen gelegenheid is om zich tot een molecuul te combineren.
- De gebieden in het heelal waar moleculen ontstaan zijn daar veel te koud voor: de temperatuur ligt daar rond de 260 graden onder nul. Dat betekent dat de atomen niet snel genoeg bewegen om de reactiebarrière te overwinnen.
Het is verbazingwekkend dat er in de ruimte tóch moleculen gevormd worden. De ruimte is biljoenen malen ijler dan lucht. Dat maakt de kans dat twee atomen elkaar tegenkomen en een molecuul kunnen vormen erg klein. En zelfs als een molecuul gevormd wordt, valt deze meestal weer snel uit elkaar omdat er bijna nooit een ander molecuul in de buurt is om het overschot aan energie weg te vangen. Dat er toch moleculen in de ruimte worden gevormd, komt waarschijnlijk door de stofdeeltjes die in bepaalde gebieden zweven en waarop losse atomen en moleculen blijven plakken. De kans dat atomen een ander atoom op een stofdeeltje tegenkomen is daardoor veel groter dan in de omringende ruimte. Ook kan het stofdeeltje de energie opvangen die vrijkomt als een molecuul gevormd wordt, zodat het nieuwe molecuul kan afkoelen en stabiliseren. Maar daarmee kan nog niet alles verklaard worden.
2. Helium (He)
4,0026 u
Elektronenconfiguratie: 0 Valentie-elektronen // Orbitaal 1s2
Edelgassen gaan nauwelijks verbinding aan met enig ander element, vandaar geen valentie-elektronen.
Helium is een edelgas, omdat edelgassen per definitie niet of nauwelijks reageren met andere stoffen. Deze zeer geringe reactiviteit wordt veroorzaakt door de stabiele elektronensamenstelling. Uit de (edelgas)elektronenconfiguratie blijkt dat edelgassen nul valentie-elektronen hebben. Er zijn dus geen elektronen beschikbaar om een gemeenschappelijk elektronenpaar te vormen met een ander atoom. Er zal dan ook geen reactie optreden.
Deze configuratie is een energetisch gunstige configuratie, die in wezen ook nagestreefd wordt door alle atomen in hun verbindingen. Dat is de grond voor de octetregel en de 18-elektronenregel met betrekking tot het aantal valentie-elektronen van de atomen in hun verbindingen.
Het vroege heelal bestond uit een hete soep van losse protonen en neutronen. Door middel van nucleosynthese (kernfusie) in het vroege heelal kon helium worden gevormd. Er waren oorspronkelijk geen andere elementen dan waterstof met slechts één proton. Doordat het echter zo heet was, bevatten de protonen en neutronen in het jonge heelal veel energie, en tijdens een botsing konden ze daarom fuseren tot zwaardere elementen.
Dit wordt de oerknal nucleosynthese genoemd: de vorming van de allerlichtste elementen tijdens het ontstaan van het heelal. Dit noem ik liever na de Inflatie dan na de oerknal (er was namelijk niks dat het geluid van een knal kon weerkaatsen, er was niets, maar dit terzijde…..).
Aan de hand van onze huidige kennis van deeltjesfysica kunnen we berekenen dat ongeveer 3 minuten na het ontstaan, het heelal voor 76% uit waterstof en voor 24% uit helium bestond. Van de andere elementen was er slechts een minuscuul beetje aanwezig, en alleen van de allerlichtste.
Kernenergie in de zon
Per seconde wordt er ruim 600 miljoen ton aan waterstof omgezet in helium. Iedere seconde komt er voldoende vrij om de Verenigde Staten 50 miljoen jaar van elektriciteit te voorzien. De omzetting van één gram materie naar energie levert ongeveer 90 biljoen joule aan energie op. Genoeg om zo’n 7500 Nederlandse huishoudens een jaar lang van elektriciteit te voorzien.
- 1 biljoen = 1012 Een 1 met 12 nullen 1.000.000.000.000 oftewel miljoen maal miljoen. 1 kWh is 3.600.000 J of 3,6 MJ = 3,6 miljoen joule
- 90 biljoen : 3,6 miljoen = 25.000.000.000.000 = 25 miljoen x miljoen kWh
Alle energiecentrales op de hele wereld produceren samen per jaar 1011 kWh. Dus moeten alle centrales ‘n miljoen jaar draaien om evenveel te produceren als de Zon. De druk in het hart van de zon is 250 miljard bar en er heerst een temperatuur van zo’n 15 miljoen °C
3. Lithium (Li)
Elektronenconfiguratie: 1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s1 = 1s2+ 2s1
t/m Neon wordt de elektronen-configuratie verkort weergegeven door te beginnen met conf. van Helium (He = 1s2 )
Lithium behoort tot de alkalimetalen die over het algemeen zeer reactief zijn, lithium echter is het minst reactief! Vanwege de reactiviteit zijn alkalimetalen de meest onedele metalen die er zijn. Met water reageert lithium explosief snel, met zuurstof oxideert lithium heel vlug d.w.z. dat zuurstof heel snel elektronen opneemt van het metaal.
Lithium, ook wel het witte goud van de 21e eeuw genoemd, is een essentieel onderdeel van oplaadbare batterijen en vanwege de stijgende vraag naar elektrische auto’s is er een heuse rush op de grondstof: in 2016 kostte een ton nog iets minder dan 6000 dollar, een jaar later was de prijs meer dan verdubbeld.
Lithium-the-white-gold-of-bolivias-salt-desert.
4. Beryllium (Be)
Elektronenconfiguratie: 2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2
Aardalkalimetalen zijn onedele metalen (die snel reageren) en de oxiden (verbindingen met zuurstof, waarvan zuurstof de oxidator is, die elektronen opneemt) zijn basisch. Een base – ook wel alkali genoemd – in oplossing heeft een pH-waarde (zuurtegraad) hoger dan 7, dus een lage zuurgraad. Zure oplossingen hebben een pH lager dan 7, en dus een hoge zuurgraad. Zuren zijn de tegenhangers van de basen. Zuren en basen reageren met elkaar in een proces dat neutralisatie genoemd wordt. De zouten van aardalkalimetalen lossen in het algemeen minder goed op in water dan de zouten van alkalimetalen. Een zout is een verbinding tussen positieve (tekort aan elektronen) en negatieve (overschot aan elektronen) ionen, respectievelijk kationen en anionen.
Naar verluidt heeft een oplossing van beryllium een zoetige smaak, vandaar dat dit element een tijd de naam glucinium heeft gedragen (van het Griekse glykys, wat zoet betekent). De vroege chemici die dit gemeld hebben deden dat echter stervend: berylliumverbindingen zijn namelijk zeer giftig.
Beryl is een wit, gelig wit, geelgroen tot groen, roze, blauwig tot groenblauw, rood of goudgeel aluminium–beryllium–silicaat.
Kostbare vormen van beryl zijn de half edelstenen aquamarijn en smaragd.
5. Boor (B)
Elektronenconfiguratie: 3 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p1
Metalloïden is een groep elementen die sommige fysische en chemische eigenschappen van metalen heeft, maar ook eigenschappen van niet-metalen. De metalloïden zijn boor, arseen, antimoon, tellurium, germanium en silicium. Er is geen ondubbelzinnige lijst van eigenschappen te geven die nodig zijn om een metalloïde te definiëren.
Hoewel het element Boor één van de eenvoudigste kernen heeft, wordt het element alleen gevormd onder invloed van kosmische stralen en niet in sterren.
De isotopen van Boor met een massa lager dan 10 u vervallen naar minder zware elementen, zoals helium en beryllium . De zwaardere isotopen (vanaf 12B) vervallen naar koolstof.
De isotoop 10B is zeer effectief bij het behandelen tegen kanker.
Tijdens BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) krijgt een persoon met kanker een injectie met de isotoop 10B. Het boor heeft de neiging om direct naar kankercellen te gaan. De patiënt krijgt een injectie van boor die alleen in de kankercellen neerslaat.
Het lichaam van de patiënt wordt vervolgens gebombardeerd met neutronen die passeren zonder gezondheidscellen te beschadigen. Ze botsen dan met booratomen. Hierdoor wordt boor omgezet in lithiumatomen, alfadeeltjes en gammastralen. Een alfadeeltje is een heliumatoom zonder elektronen. Gammastraling is zeer energierijke straling die cellen kan doden.
De lithium-atomen en alfadeeltjes reizen slechts een korte afstand. Ze verlaten de kankercel niet, maar hebben genoeg energie om de cel te doden. Omdat ze de cel niet verlaten, vormen ze geen bedreiging voor gezonde cellen in de buurt. BNCT is niet volledig ontwikkeld. Maar het is veelbelovend als een kankerbehandeling.
6. Koolstof (C)
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p2
Koolstof wordt sinds mensenheugenis al gebruikt in de vorm van houtskool. Koolstof is een niet-metaal dat in verschillende vormen voorkomt zoals diamant en grafiet. De overige niet-metalen zijn stikstof, zuurstof, fosfor, zwavel en seleen.
Ook diamant en grafiet. beide zijn gelijksoortige vormen van koolstof, zijn al heel lang bekende vormen van koolstof. Grafiet-t.o.v.-diamant. Grafiet bestaat net als diamant uit pure koolstof. De twee mineralen verschillen alleen van elkaar door de samenstelling van de koolstof atomen. In grafiet zijn de atoomlagen met elkaar verbonden, daarom kunnen we ermee schrijven.
Verbindingen met koolstof en waterstof komen het meest voor. De eenvoudigste koolwaterstof is methaan CH4
- knmi.nl/uitleg/broeikasgas-methaan. Methaan is na kooldioxide het belangrijkste broeikasgas dat bijdraagt aan de versterking van het broeikaseffect door de mens.
Uit onderzoek van oude ijskernen blijkt dat methaan al sinds jaar en dag in de atmosfeer voorkomt. Variaties in de hoeveelheid in het verleden hangen sterk samen met veranderingen in temperatuur en kooldioxide (CO2). De ijstijden kenden de kleinste hoeveelheden methaan. In warme periodes (interglacialen) nam de hoeveelheid methaan weer toe. - Methaan is als broeikasgas 21 keer krachtiger als CO2. Men schat dat methaan, ondanks de relatief kleine hoeveelheid ervan in de atmosfeer, verantwoordelijk is voor 15 – 17 % van alle opwarming die de afgelopen eeuw op de aarde heeft plaatsgevonden.
- Methaan komt vrij bij de ontginning van aardolie en gas. Verder wordt methaan gevormd bij een onvolledige verbranding (bijv. bij het platbranden van tropisch regenwoud) of door gisting van organisch materiaal zoals op stortplaatsen en in waterrijke gebieden. Bij herkauwers (koeien, schapen, geiten …) gist het voedsel dat ze eten in hun maag en daarbij wordt methaan gevormd. Methaan komt dus ook in grote mate vrij als bijproduct in de steeds intensiever wordende veeteelt.
- De permafrost in het noordpoolgebied is al duizenden jaren bevroren. Met de opwarming van de aarde komt daarin langzaam verandering. Het leefgebied van bepaalde diersoorten verdwijnt, maar er ligt een groter gevaar op de loer: methaangassen.
7. Stikstof / Nitrogenium (N)
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p3
- Stikstof is een niet-metaal en is ’n voorwaarde voor alle leven op aarde. Het vormt namelijk de basis van ons DNA en onze eiwitten. De lucht om ons heen zit van nature vol stikstof. De samenstelling van de atmosfeer bestaat voor 78% uit stikstof en slechts voor 21% uit zuurstof. Wij mensen hebben echter geen gebonden of ongebonden vorm van stikstof nodig om van te leven. Voedingsstikstof stelt planten in staat eiwitten te maken die dienen als voedsel voor dieren en mensen.
Bliksem kan nitraat (NO3-) vormen, dat middels neerslag in de bodem terecht kan komen.
Enkele belangrijke doorbraken in de luchtstudie vonden plaats in het jaar 1770. De sleutel was een eenvoudig experiment dat wetenschapsstudenten vandaag nog steeds doen. Het experiment begint met een lege fles die ondersteboven in een bak water wordt geplaatst. De lucht in de fles kan niet ontsnappen.
Proefje: Kaarsje onder glas. Simpel proefje, maar … – Slimme Handen
Als een brandende kaars in de fles wordt geplaatst met de ingesloten lucht, stijgt het water een beetje. Waarom gebeurt dit? Vroege chemici dachten dat een deel van de lucht wordt opgebruikt als de kaars brandt. De schotse natuurkundige Daniel Rutherford noemde het in 1772 al: noxious air, schadelijke lucht, omdat een vlam er in dooft. De Nederlandse benaming stikstof wijst op het feit dat het gas dieren doet stikken. Tegenwoordig weten ze dat een deel van de lucht zuurstof is. Een ander deel van de lucht blijft achter. Dat deel verdwijnt niet als de kaars brandt dit is namelijk koolstofdioxide (CO2).
Proefje: Kaarsje onder glas. Simpel proefje, maar … – Slimme Handen
Waarneming: Na verloop van tijd wordt het vlammetje van de kaars minder hoog en dooft uiteindelijk. Verklaring: Voor de verbranding van kaarsvet (het vlammetje dus) is onder andere zuurstof nodig. Tijdens de verbranding wordt zuurstof uit de lucht omgezet in koolstofdioxide (CO2) en het is dus géén stikstof ‘die de vlam deed stikken’ zoals één van de ontdekkers van stikstof, de chemicus Daniel Rutherford (1749-1819) beweerde.
Kaarsvet is gemaakt van paraffine, stoffen die bestaan uit koolstof- en waterstofatomen. Dit vaste kaarsvet wordt eerst vloeibaar door de warmte, waarna het verdampt. Dit verdampte kaarsvet is de eigenlijke brandstof voor de verbranding.
Verbranding is een chemische reactie, wat betekent dat beginstoffen kunnen veranderen in andere eindstoffen. Atomen maken een andere combinatie zodat er andere moleculen ontstaan. De koolstofatomen in het kaarsvet vormen samen met de zuurstofatomen in de lucht, koolstofdioxide. De waterstofatomen in het kaarsvet combineren ook met zuurstofatomen, maar hier ontstaat H2O oftewel water(damp)!
Als de glazen pot over de kaars heen is geplaatst, is de beschikbare zuurstof maar beperkt. De vlam krijgt als het ware geen frisse lucht en stikt dus. De zuurstof in de omgekeerde fles is tijdens de verbranding allemaal omgezet in koolstofdioxide.
Dit eenvoudige experiment laat zien dat lucht bestaat uit (ten minste) twee verschillende elementen: zuurstof en iets anders. Een van de eerste mensen die ontdekte wat het ‘iets anders’ is, is de Schotse arts en chemicus Daniel Rutherford (1749-1819). Rutherford voerde een soortgelijk experiment uit zoals het kaars-in-een-fles onderzoek dat zojuist is beschreven.
De moderne naam stikstof werd voor het eerst gesuggereerd in 1790 door de Franse chemicus Jean Antoine Claude Chaptal (1756-1832). Deze naam was logisch voor chemici toen ze zich realiseerden dat het nieuwe gas aanwezig was in salpeterzuur en nitraten. Nitrogen is de samenvoeging van nitraat en salpeterzuur (nitro) en (gen) = “oorsprong van”. (nitrogen is het Engelse woord voor stikstof)
En dan de luchtvervuiling door stikstofdioxide
Stikstofdioxide speelt ook een belangrijke rol in de atmosferische chemie, omdat het tot de productie van ozon in de troposfeer leidt. De troposfeer is het deel van de atmosfeer dat zich tot tussen de acht en zestien kilometer boven de grond uitstrekt.
Het wordt ook door de natuur gecreëerd door bliksem in de lucht en door activiteit van microben in de aarde, waar het als bron en tevens een proces dient in de stikstofkringloop.
8. Zuurstof (O)
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p4
Hoewel zuurstof iets gewoons en vanzelfsprekends is, vind ik het juist heel belangrijk voor een verdieping in dit toch wel heel bijzondere element. Drie miljard jaar geleden was zuurstof nog voornamelijk gebonden aan koolstof CO2 door talloze vulkaanuitbarstingen.
Cyanobacteriën
Cyanobacteriën zijn foto-autotroof wat betekent dat ze rechtstreeks kooldioxide en water kunnen synthetiseren (samenvoegen) met behulp van energie uit het zonlicht.
Het zonlicht wordt opgenomen door bladgroenkorrels in de bacteriecelen met behulp van de energie van het zonlicht wordt water en koolstofdioxide omgezet in glucose, met als afvalproduct zuurstof.
Dit hele proces wordt hierin beschreven: fotosynthese
Door fotosynthese produceerden deze micro-organismen zuurstof als afvalproduct…..
The-magical-leaf-the-quantum-mechanics-of-photosynthesis
Fotosynthese is voor ons een zeer ingewikkeld quantumproces. Bacteriën passen dit echter al ruim 2,5 miljard jaar toe, zonder er over na te hoeven denken. Ook al bijna 450 miljoen jaar is dit complex ogend mechanisme bekend in de plantenwereld.
Zuurstof als element, een niet-metaal, werd in 1771 ontdekt en het was Antoine Lavoisier die het zijn wetenschappelijke naam oxygenium (zuurvormer) gaf. Het zou een onontbeerlijk bestanddeel zijn van een zuur. Hoewel oxiden (verbindingen met zuurstof) van vele elementen zuurvormend zijn, is het omgekeerde niet waar: om een zuur te vormen is zuurstof niet noodzakelijk. Het bleek namelijk dat er naast zure stoffen, ook zuurstofloze zure stoffen waren, een goed voorbeeld daarvan is zoutzuur. Dit sterke zuur stond bekend als geest van zout en in 1814 werd aangetoond dat daarin geen zuurstof voorkomt, maar dat het uit waterstof en chloor bestaat. De aanwezigheid van zuurstof moest daarmee als eis uit de definitie van een zuur weggelaten worden.
Dizuurstof (moleculaire zuurstof O2 dat zijn 2 atomen zuurstof, dus enkelvoudig) is het zuurstofgas dat we inademen. Het is onmisbaar voor alle organismen op Aarde. Zonder de enkelvoudige stof O2 zou er geen dissimilatie (celademhaling) mogelijk zijn in de mitochondriën. In samengestelde vorm is het ook een wijdverspreid element omdat alle water van de oceanen en alle silicaten (zouten)
waar de aardkorst uit bestaat zuurstof bevatten.
gebruikt voor medische doeleinden en in de ruimtevaart. Video vloeibare-zuurstof
Dat zuurstof in vrije vorm in de atmosfeer voorkomt, is het gevolg van het leven op aarde, met name door de hierboven beschreven fotosynthese van cyanobacteriën en planten. Zonder die voortdurende productie zou al de vrije zuurstof geleidelijk uit de atmosfeer verdwijnen, omdat het zeer reactief is en zich heel gemakkelijk met andere atomen verbindt, denk aan CO2……
Naast gewone zuurstof, met twee zuurstofatomen per molecuul, bestaat er ook Ozon O3
In principe is ozon niets anders dan zuurstof (O2) waaraan zich door een hoog energetische spanning of een chemische reactie een extra zuurstofatoom heeft gekoppeld waardoor Ozon (O3) ontstaat. Het bekendste voorbeeld is de vorming van de ozonlaag, waar ozon wordt geproduceerd door de ultraviolet stralen van de zon.
Ozon wordt ook aangemaakt bij onweersbuien en watervallen. De speciale frisse geur die men ruikt na een onweersbui is ozon. Het woord ozon is afgeleid van het Griekse woord ozein, dat ruiken betekent.
Ozon op grote hoogte
Ozon in de lagere atmosfeer
In de troposfeer, tussen 0 en 10 km boven het aardoppervlak, zit het meeste gas van onze dampkring: 90%. Hierin ademen we, en lozen we onze afvalgassen.
Omdat de luchtlagen boven de troposfeer de meeste zonnestraling absorberen, bereikt maar weinig straling de troposfeer. Bovenin deze luchtlaag is het zeer koud: -60 °C
In de troposfeer zit van nature weinig ozon: er dringt te weinig zonlicht door om ozon uit zuurstof te vormen, zoals dat in de stratosfeer wel gebeurt.
Ultraviolette straling
In de stratosfeer, tussen 10 en 40 km boven het aardoppervlak, botst het licht van de zon op moleculen van de aardse atmosfeer. Licht heeft vaak zoveel energie dat elke atoombinding in een molecuul stuk gaat. Dat kost steeds een molecuul, maar zo komt dit energierijke licht niet op aarde.
Ultraviolet B 315 – 280 nm: slechts 1,3% bereikt het aardoppervlak
Ultraviolet C 280 – 100 nm: wordt volledig tegengehouden door de ozonlaag
Smog
Met een klein beetje stikstofmonoxide kan dus een vrij grote hoeveelheid ozon ontstaan. En hier beginnen de problemen. In automotoren wordt een beetje stikstofmonoxide NO gevormd, en ook in energiecentrales. Ook in huis wordt in allerlei apparaten een klein beetje NO gevormd. Zelfs de mens zelf blijkt een beetje NO te vormen. Al dit NO kan in de lucht ozon vormen. Een ozonconcentratie van 400 mg/m3 is te ruiken, en boven 600 mg/m3 veroorzaakt ozon irritatie van ogen, neus, keel en luchtwegen, en verder hoofdpijn, misselijkheid en benauwdheid.
Oxidatie
Oxidatie is het proces waarbij de geoxideerde stof, de reductor, dat elektronen afstaat aan een andere stof, de oxidator, dat elektronen opneemt. Een oxide is een verbinding tussen een ander element en zuurstof waarin zuurstof als oxidator optreedt. De naam ‘oxidatie’ wordt inmiddels bij uitbreiding gebruikt voor iedere willekeurige chemische reactie waarbij elektronenoverdracht plaatsvindt.
Elektronenoverdracht is het proces waarin een elektron van een molecuul of atoom zich verplaatst naar een andere deeltje. Elektronenoverdracht is het achterliggende mechanisme van redoxreacties, waarbij de oxidatietoestand van de reductor (de elektronendonor) en oxidator (de elektronenacceptor) in bepaalde mate verandert. Daarnaast vormt elektronenoverdracht de basis van ionaire bindingen door elektrostatische aantrekking tussen negatief en een positief geladen ionen. Een ion kan positief of negatief geladen zijn door respectievelijk een tekort of een overschot van een of meer elektronen.
Een reactie waarbij oxidatie optreedt heet een redoxreactie: Redoxreacties-eerste-introductie.
- Een redoxreactie is een reactie tussen atomen, moleculen en/of ionen waarbij elektronen worden uitgewisseld (elektronenoverdracht). De term redox is een samenstelling van de begrippen reductie en oxidatie.
De oudst bekende, natuurlijke oxidatiereacties zijn dan ook alledaagse verschijnselen als verbranding en zuurstofcorrosie, waarbij zuurstofatomen de valentie-elektronen (in de buitenste regionen) afneemt van koolstofatomen uit koolwaterstoffen en hout, waarbij koolstofdioxide CO2 wordt gevormd, en van metalen als koper en ijzer, waarbij respectievelijk koperoxide en ijzeroxide (roest) worden gevormd.
Verbranding
Verbranding is een complex geheel van voornamelijk exotherme chemische reacties, (waarbij energie vrijkomt) tussen een brandstof en een oxidator, meestal zuurstofgas (Dizuurstof O2) waarbij warmte en licht ontstaat in de vorm van een vlam of een gloed, dus waarbij energie vrijkomt.
Bij zuurstofcorrosie worden in waterdruppeltjes opgeloste zuurstofmoleculen gereduceerd d.w.z. dat elektronen door reductie worden opgenomen, terwijl het metaal gelijktijdig reageert tot een metaaloxide (roest).
Het roesten van ijzer is een voorbeeld van zuurstofcorrosie. Roest is het roodbruine materiaal dat ontstaat wanneer ijzer reageert met zuurstof in de aanwezigheid van water. Het is een mengeling van ijzeroxide, zuurstof- en waterstofatomen.
Metaalvormig ijzer heeft de neiging naar deze staat terug te keren wanneer het blootgesteld wordt aan lucht en water. Deze corrosie is te wijten aan de oxidatiereactie die plaatsvindt, wanneer het metaal ijzer, terugkeert naar een energetische voorkeurstoestand.
9. Fluor (F)
1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s2 2p5
Fluor is een halogeen d.w.z. het vormt zouten (verbindingen tussen positieve en negatieve ionen).
Fluor is een relatief zeldzaam element en komt zowel in sterren als op aarde maar weinig voor. In het zonnestelsel is er één fluoratoom op elke 8800 zuurstofatomen. Op Aarde wordt fluor voornamelijk gewonnen uit het mineraal fluoriet.
De naam fluoriet is afgeleid van het Latijnse fluere, dat betekent “stromen, vloeien”. Dit mineraal wordt ook vloeispaat genoemd. Ook de naam van het element fluor is ervan afgeleid. Het verschijnsel fluorescentie is voor het eerst bij fluoriet bestudeerd en is hiernaar genoemd. Fluorescentie is een bijzonder geval van het uitzenden van licht. Het is een natuurkundig verschijnsel waarbij een atoom een hoog-energetische fotonabsorbeert, waardoor een elektron in een aangeslagen toestand belandt en vervolgens terugvalt naar de grondtoestand onder uitzending van een foton van lagere energie (Langere golflengte).
Consumenten zijn het best bekend met het gebruik van fluor in twee producten. Fluorgas wordt gebruikt om fluoriden te maken, verbindingen die in de jaren vijftig tot tandpasta zijn gemaakt. Fluoriden zijn effectief in het voorkomen van tandbederf en worden ook toegevoegd aan stedelijke watervoorzieningen.
Chemici gebruiken fluor vaak als breekijzer om weerbarstige elementen als de edelgassen argon, xenon en krypton te oxideren. Een aantal vroege onderzoekers heeft de extreme agressiviteit van fluor met blindheid of andere verminkingen moeten bekopen. Chemie is altijd een gevaarlijke wetenschap geweest. Vroege chemie was een gevaarlijke bezigheid. Mannen en vrouwen werkten met chemicaliën waarover ze weinig wisten. De ontdekking van nieuwe verbindingen en elementen zou gemakkelijk tragische gevolgen kunnen hebben. Fluor was bijzonder gemeen. Chemici leden vreselijke verwondingen en stierven zelfs voordat het element werd geïsoleerd. Fluorgas is uiterst schadelijk voor de weke delen van de luchtwegen.
In feite zijn er maar twee elementen die geen verbinding met fluor vormen: de edelgassen helium en neon. Hieronder voor het eerst gefilmd Intens licht van het zeer reactieve fluor in verbinding met het meest reactieve metaal cesium
10. Neon (Ne)
0 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p6
Het kostte mensen eeuwen om lucht te begrijpen. Ooit dachten filosofen dat lucht een element was. Onder de oude Grieken, bijvoorbeeld, waren de vier basis-elementen lucht, vuur, water en aarde. Het eerste onderzoek om dat idee te weerleggen werd gedaan in de jaren 1770. In dat decennium werden twee nieuwe elementen ontdekt in de lucht: stikstof en zuurstof. Al enige tijd waren chemici ervan overtuigd dat deze twee gassen de enige waren die in de lucht aanwezig waren. Dat idee is gemakkelijk te begrijpen: stikstof en zuurstof maken meer dan 99% uit van de lucht. Maar na verloop van tijd werden scheikundigen vaardiger in het maken van metingen. Ze erkenden dat er naast stikstof en zuurstof nog iets anders in de lucht was. Dat “iets anders” was goed voor de resterende één procent die geen stikstof of zuurstof is. In 1894 werd een derde element in de lucht ontdekt: argon. Argon maakt ongeveer 0,934 procent uit van de lucht. Dus, stikstof, zuurstof en argon vormen samen ongeveer 99.966 procent van de lucht.
Maar wat was verantwoordelijk voor de resterende 0,034 procent lucht? Chemici wisten dat andere gassen in zeer kleine hoeveelheden aanwezig moeten zijn. Maar wat waren die gassen? Die vraag werd beantwoord tussen 1895 en 1900. Vijf meer inerte gassen werden ontdekt in de lucht. Een daarvan was neon.
Door een hoge spanning met een lage stroomsterkte tegen het flacon te houden, begint het neon te gloeien met rood-oranje licht, de luminescentie-intensiteit zal afhangen van de spanning en de gasdruk. Bij hoge spanning proberen elektronen uit de elektrode te vliegen. Een deel van hen passeert door het glas en botsen op moleculen neon in de injectieflacon. De elektronen van de neon-atomen worden aangeslagen door de botsingen, waarna ze terugspringen naar hun grondtoestand met een lagere energie. Als gevolg daarvan zendt het atoom een foton van licht uit om de nu overtollige energie kwijt te raken.
De meest bekende toepassingen van neon is neonverlichting. Ook zijn nixie-klokken voorzien van dit gas. Zo werkt een nixie-klok. Tegenwoordig bestaan er neonreclames van allerlei kleuren, vormen en afmetingen. Neonreclames zijn vaak gevuld met neongas, maar ze kunnen ook andere gassen bevatten. Het gas in de signaalbuis bepaalt de kleur van het afgegeven licht. Helium: goudgeel Argon: lichtblauw Xenon: helderpaars Kwik: UV licht
11. Natrium (Na)
Atoommassa 22,990 u
Elektronenconfiguratie: 1 Valentie-elektron // Orbitaal [Ne]= 1s22s2 2p6 3s1
t/m Argon wordt nu met conf. Neon begonnen = (He 1s2) 2s2 2p6 en er komt een elektron bij: 3s1
Het zilverachtig-wit metaal heeft een wasachtig uiterlijk en is zacht genoeg om met een mes te snijden. Als het voor het eerst wordt gesneden is het oppervlak helder en glimmend, maar ’t wordt snel dof omdat natrium reageert met zuurstof in de lucht dat een witte poederlaag achterlaat: natriumoxide dat wordt gebruikt in straatverlichting, vanwege het heldere lichteffect.
Door middel van elektrolyse worden vaak chemische elementen geïsoleerd zoals ook natrium uit natriumhydroxide, ’n bijtende soda. De naam Natrium komt oorspronkelijk van het Egyptische ‘natron‘, wat zoiets als “natuurlijk zout” betekent.
- Natrium in ons lichaam helpt om de balans tussen het vocht in en buiten de cel te handhaven door middel van osmose (dat wel de vloeistof door het membraan laat, maar niet de opgeloste stoffen). Net als kalium speelt natrium een belangrijke rol bij het overbrengen van zenuwimpulsen, hoofdzakelijk in het samentrekken van de spieren. De concentratie van natrium in het bloed wordt nauw gereguleerd o.a. door het dorstmechanisme.
Hoe vertellen onze hersenen ons dat we dorst hebben?
12. Magnesium (Mg)
Atoommassa 24,305 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 = 1s22s2 2p6 3s2
Deze metalen worden gebruikt als legeringselement in constructiemetalen, omdat ze onedel zijn d.w.z. gemakkelijk reageren met andere metalen en dus legeringen, metallische mengsels, kunnen vormen. Magnesium was in de vorm van magnesiumoxide al heel lang bekend, maar pas in 1755 werd onderkend dat men bij magnesiumoxide met een nieuwe stof te maken had. Tot die tijd werd magnesiumoxide ongebluste kalk genoemd.
Omdat het met een fel wit licht brandt, wordt magnesium dikwijls in vuurwerk gebruikt en werd het in het verleden veel in flitslichten voor de fotografie toegepast.
De ontspannende werking van Epsom-zouten.
Misschien is de best bekende magnesiumverbinding magnesiumsulfaat (MgSO 4 ). Het is in de volksmond bekend als Epsom-zouten.
Een van de vroegste verhalen over Epsom-zouten gaat terug tot 1618. De stad Epsom in Engeland, leed aan een ernstige droogte. Een boer bracht zijn vee te drinken uit een waterpoel in het centraal park. Maar het vee zou het water niet drinken. De boer was verrast omdat hij wist dat ze erg dorstig waren. Hij proefde het water zelf en ontdekte dat het erg bitter was. De bitterheid was te wijten aan magnesiumsulfaat in het water. Deze verbinding werd bekend als Epsom-zouten. Mensen ontdekten al snel dat het baden in de natuurlijke wateren met Epsom-zouten ervoor zorgde dat ze zich beter voelden. De zouten leken eigenschappen te hebben die het lichaam kalmeerden. Het duurde niet lang voordat het baden in deze wateren erg populair werd. Tegenwoordig worden Epsom-zouten in badwater gebruikt. Ze ontspannen pijnlijke spieren en verwijderen ruwe huid. Veel mensen geloven dat de zouten hetzelfde ontspannende effect hebben als warmwaterbronnen.
13. Aluminium (Al)
Atoommassa 26,9815 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s22s2 2p6 ]3s2 3p1
Aluminium is een zilverwit hoofdgroepmetaal, een metallieke geleider. De naam is afgeleid van het Latijnse woord alumen dat aluin betekent. Aluin is een verbinding van kalium, aluminium, zwavel en zuurstof.
De Romeinen gebruikten aluin als een samentrekkend en als bijtmiddel. Een samentrekkend middel is een chemische stof die ervoor zorgt dat de huid samen trekt. Door aluin over een snee te strooien, wordt de huid gesloten en begint de heling
Aluminium is het derde meest voorkomende element in de aardkorst, na zuurstof en silicium. Het is het na ijzer het meest gebruikte metaal ter wereld. Het is dan ook enigszins verrassend dat aluminium pas relatief laat in de menselijke geschiedenis werd ontdekt.
Aluminium werd in 1807 ontdekt door Humphry Davy, die het trachtte te bereiden uit aluminiumoxide. Jarenlang was het metaal zo kostbaar dat het in ornamenten toegepast werd. Pas in 1886 werd dankzij een elektrolyseproces de elektrochemische productie van het metaal op grote schaal mogelijk.
De grondstof voor aluminium is bauxiet. Uit bauxiet wordt aluinaarde gewonnen, een wit poeder dat verder bewerkt kan worden om zuiver aluminium te krijgen.
‘Stop met aluminium!’
Het moet maar eens gezegd worden: aluminium behoort tot de meest milieubelastende van alle materialen. Toch wordt aluminium vaak gepromoot als ‘het groene metaal’. Dat is humor, als het niet zo treurig zou zijn.
Aluminium is het zwartste metaal
Het is eerder het meest zwarte metaal, vergelijkbaar met kolen. Dat is vooral te wijten aan de zogenoemde embodied energy (EE): de energie die is gaan zitten in het beschikbaar krijgen van het materiaal. Die ligt met ongeveer 220 miljoen kg vele malen hoger dan bij andere metalen. Daar ligt de EE rond de 25-50 miljoen kg. De EE van aluminium is zelfs 20 keer zo hoog als die van houten materialen!!
- Het kost dus naar verhouding veel energie om het metaal uit zijn verbindingen vrij te maken. Veel aluminium wordt daarom tegenwoordig in kringloop gebruikt.
14. Silicium (Si)
Atoommassa 28,086 u
4Valentie-elektronen // Orbitaal[Ne =1s2 2s2 2p6] 3s2 3p2
Silicium is een donkergrijs metalloïde, een semi-metaal dat qua eigenschappen tussen de metalen en niet-metalen in zit. Metalloïden vormen de overgang van metalliek en reducerend gedrag (het opnemen van elektronen) naar niet-metaal en oxiderend gedrag (het afstaan van elektronen).
Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst, dus na zuurstof. Veel stenen en mineralen bevatten silicium. Voorbeelden zijn zand, kwarts, klei, vuursteen, amethist, opaal, mica, veldspaat, granaat, toermalijn, asbest, talk, zirkoon, smaragd en aquamarijn. In de vorm van oplosbare zouten oftewel silicaten is het een noodzakelijke stof voor de groei van sommige planten en diersoorten. Silicium komt nooit voor als een vrij element. Het is altijd verbonden met een of meer andere elementen.
In zekere zin hebben mensen altijd silicium gebruikt. Bijna elke natuurlijk voorkomende steen of mineraal bevat wat silicium. Dus toen oude volkeren leemhutten of zandstenen tempels bouwden, gebruikten ze verbindingen van silicium.
Tot in de negentiende eeuw dacht niemand aan silicium als element. Vervolgens probeerde een aantal scheikundigen silicium te scheiden van de andere elementen waarmee het in de aarde was verbonden. De Engelse wetenschapper Sir Humphry Davy (1778-1829) ontwikkelde een techniek om elementen te scheiden die stevig aan elkaar vasthechten. Hij smolt deze verbindingen en gaf er een elektrische stroom doorheen (elektrolyse). De techniek was voor het eerst succesvol voor het produceren van vrij of elementair natrium, kalium, calcium en een aantal andere elementen…. maar aanvankelijk niet met silicium.
Chemici waren nieuwsgierig naar de soorten verbindingen die ze met silicium konden maken. Vele jaren later deden scheikundigen een aantal interessante ontdekkingen. Enkele groepen verbindingen hebben zeer belangrijke praktische toepassingen. Die verbindingen die nu bekend zijn als Siliconen.Tot slot: de Silicaten, dit zijn zouten van silicium, dat het meest in de aardkorst voorkomt.
15. Fosfor (P)
Atoommassa 30,974 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 3p3
De Duitse arts Henning Brand ontdekte in het jaar 1669 fosfor. Hij dacht dat de sleutel tot het veranderen van metalen in goud in urine kan worden gevonden. Hij besloot om te zoeken naar de “magische substantie” die lood in goud in de urine zou kunnen veranderen. Tijdens het verwarmen en zuiveren van urine verkreeg hij fosfor. De ontdekking was belangrijk omdat het de eerste keer was dat iemand een element ontdekte dat niet bekend was bij oude volken.
Niemand weet hoe hij besloot dat urine een chemische stof kan bevatten die kan worden gebruikt om lood in goud te veranderen. Zijn experimenten om zo’n chemische stof te vinden, waren natuurlijk een mislukking. Maar hij maakte onderweg een toevallige ontdekking. Die ontdekking was een materiaal dat gloeide in het donker: fosfor.
16. Zwavel (S)
Atoommassa 32,06 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s22s2 2p6 ]3s2 3p4
Al in de 9e eeuw was bekend dat een mengsel van zwavel, kool en teer uiterst brandbaar is en daarom werd het regelmatig toegepast bij oorlogshandelingen. In de mythologie werd zwavel vaak in verband gebracht met de hel. Vroegere alchemisten gebruikten voor zwavel een symbool dat bestond uit een driehoek met daarop een kruis.
Vroege denkers waren vaak verward over wat ze bedoelden met het woord ‘zwavel’. Ze hadden het vaak over alles dat verbrandde en gaven grote hoeveelheden rook af. Voor hen was ‘zwavel’ een ‘brandende substantie’. Het duurde eeuwen voordat wetenschappers zwavel als een element identificeerden.
Oudere mensen dachten zeker niet aan zwavel zoals moderne scheikundigen dat doen. In feite gebruikten ze het woord ‘element’ om te praten over alles dat basaal was. Oude Griekse filosofen dachten bijvoorbeeld dat alles uit vier elementen bestond: aarde, vuur, water en lucht. Andere filosofen dachten dat er maar twee elementen waren: zwavel en kwik. Rond 1774 was het de wetenschapper Antoine Lavoisier die ontdekte dat zwavel een chemisch element is en geen verbinding. Het komt als verbinding voor in mineralen zoals in pyriet. Zwavel wordt bij 120 graden vloeibaar en meestal geel van kleur, en brandt gemakkelijk met een blauwe vlam die een verstikkende reuk geeft namelijk zwaveldioxide. Zwavel in de buurt van vulkanen, vaak bij sulfatoren, hebben ook een typische geur.
Zwavelbronnen
17. Chloor (Cl)
Atoommassa 35,45 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s22s2 2p6] 3s2 3p5
Chloor is een gas dat makkelijk zouten vormt (halogenen zijn zoutvormers). Keukenzout is een verbinding van het metaal natrium en chloorgas. Even iets over zoutvorming Video uitleg de-vorming-van-een-zout.
Chloor wordt in de een of andere vorm aan de meeste zwembaden en openbare watervoorzieningen toegevoegd omdat het bacteriën doodt die ziektes veroorzaken. Veel mensen gebruiken ook chloor om hun kleding te bleken. Grote papier- en pulpfabrikanten gebruiken chloor om hun producten te bleken.
Chloorverbindingen zijn al duizenden jaren belangrijk voor de mens. Aanvankelijk werd bij de ontdekking van het element gedacht, dat het een verbinding was met zuurstof.
Gewoon tafelzout is natriumchloride (NaCl). Toch werd chloor pas in 1774 als element erkend toen Scheele (’n apotheker) het mineraal pyrolusiet gemengd werd met zoutzuur. Hij ontdekte dat een groenachtig geel gas met een verstikkende geur “meest onderdrukkend voor de longen” ontsnapte.
Waar komt al dat zout in de zee dan vandaan?
De hoeveelheid water dat uit de rivieren de zee in stroomt, komt door verdamping van het zeewater terug op het land in de vorm van neerslag. Het grootste gedeelte van de regen valt weer in de zee, slechts een klein gedeelte komt op het land: dit is de waterkringloop. Hierdoor verandert het totale zoutgehalte eigenlijk niet. Als het zeewater gaat verdampen blijft het zout achter in de zee. De zoutconcentratie wordt dan wat hoger, maar dit wordt weer opgeheven door het rivierwater, grondwater en regen wat weer terug in de zee komt.
In het zuidwesten van Bolivia ligt de Salar de Uyuni, de grootste zoutvlakte ter wereld.
18. Argon (Ar)
Atoommassa 39,948 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne]3s2 3p6
In 1785 sprak Henry Cavendish een vermoeden uit dat argon aanwezig was in de lucht. maar het werd pas echt ontdekt door
Argon werd verkregen tijdens het vloeibaar maken van lucht.
Sir Rayleigh en Sir William Ramsay ontdekten in 1894 Argon door gefractioneerde destillatie van vloeibare lucht.
Gefractioneerde destillatie is het proces waarbij de vloeibare lucht langzaam opwarmt. Terwijl de lucht opwarmt, veranderen de verschillende elementen van een vloeistof terug naar een gas. Het deel van de lucht dat teruggaat naar een gas bij -185.86 ° C is Argon.
Argon is van belang bij elektrische verlichting. In fluorescerende lampen helpt het bovendien om het opstarten te versnellen. In lichtreclames geeft argon blauw licht.
Astronomers using Herschel have made the first discovery in space of a molecule including a noble gas. The molecule, argon hydride, was seen in the Crab Nebula,
19. Kalium (Ka)
Atoommassa 39,098 u
1 valentie-elektron // Orbitaal [Ar]4s1 = [Ne]3s2 3p6 4s1
Vanaf kalium wordt de elektronenconfiguratie (orbitaal) begonnen met de configuratie van argon [Ar]
Kalium is ook bekend onder de naam Potassium. Deze naam is afgeleid van het Nederlandse woord potas, vanwege het feit dat kaliumcarbonaat oorspronkelijk werd verkregen door het logen van hout en de substantie vervolgens te verhitten tot ‘as’ in een pot. Op lithium na is kalium ’t lichtste metaal dat we kennen. Door de hoge reactiviteit van kalium komt het in de natuur alleen maar voor in de vorm van zouten. Kaliumhydroxide wordt gebruikt voor de verzeping van vetten waarbij zachte (groene)zeep ontstaat.
Kalium oxideert in lucht en kan explosief reageren met water vanwege de vorming van waterstof: Potassium-in-water-reaction-only.
Kalium speelt een belangrijke rol in het lichaam zoals bij pulsoverdracht in zenuwen en aanmaak van eiwitten. Anders dan bij natrium bevindt maar 2% van het totale lichaamskalium zich buiten de cellen. Binnen de cellen is de concentratie vele malen. Dit verloop moet via pompen in de celmembraan actief intact gehouden: de natrium-kalium-pomp-sodium-potassium-pump. Deze pompen kunnen beïnvloed worden door onder andere insuline, waardoor het kalium naar de cel verdwijnt. Suikerpatiënten die insuline spuiten moeten hiermee rekening houden, om te voorkomen dat hun kaliumspiegels te laag worden. Opname van kalium verloopt via het maag-darm systeem en wordt bij overmaat via de nieren uitgescheiden.
20. Calcium(Ca)
Atoommassa 40,078 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar]4s2
De naam is afkomstig van het Latijnse Calx, dat “kalksteen” betekent. Calcium (kalk) is een lithofiel element, dat de voorkeur heeft zich met zuurstof of silicium te verbinden. Door de reactieve eigenschappen komt het niet in ongebonden toestand voor, voorbeelden calciumcarbonaat en gips.
Omdat calcium ook in hoge concentraties aanwezig is in het zeewater, is het van essentieel belang voor de groei van steenkoralen. Het skelet van steenkoralen bestaat uit calciumcarbonaat. Koraal, ook wel poliepen genoemd, zijn dieren die in de zee groeien, en maken een skelet van kalk. Koraal is dus niet – zoals veel mensen denken – een plant of steen, het bestaat uit vele kleine diertjes, algen. Via fotosynthese zetten ze koolstofdioxide die van het koraal komt om in zuurstof, die nodig is voor de poliepen om te overleven. Verder maken deze algensoorten ook koolhydraten via fotosynthese, die de koralen voorzien in hun voedselbehoefte. Het koraal vangt zelf ook wel wat voedsel, dit doen de koraalpoliepen met behulp van kleine tentakels die voedsel (minuscule zeediertjes) uit het water kunnen filteren.
Het kan uit gesteentes zoals kalksteen, marmer, calciet, dolomiet, gips, fluoriet en apatiet opgelost worden. Opgelost calcium in de oceanen wordt door diverse organismen gebruikt om hun skelet uit op te bouwen in de vorm van de mineraal calciet. Voor hun skeletbouw zijn ze afhankelijk van factoren zoals de watertemperatuur, hoeveelheid licht, waterdiepte, maar ook de zuurgraad van het water. Dat laatste is de afgelopen honderden jaren aan het veranderen: de zuurgraad (pH) is al gedaald van 8,2 naar 8,1 door de stijgende CO2 concentratie.
Neem ‘ns een kijkje in de greatbarrierreef, het grootste koraalrif ter wereld, nu het nog kan…..
Vandaag, 20-1-2022 , las ik ’n opmerkelijk bericht:
Ontdekt bij Tahiti ongerept koraalrif op best indrukwekkende diepte
Bij Tahiti, een eiland in Frans-Polynesië, is een erg groot en onaangetast koraalrif ontdekt in zee. Het bestaat uit grote structuren in de vorm van rozen en ligt op een diepte van van 30 tot 70 meter, dat is dieper dan normaal. Hierdoor wordt het minder aangetast door klimaatverandering.
21.Scandium (Sc)
Atoommassa 44,956 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d1 4s2
22. Titanium(Ti)
Atoommassa 47,867 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d2 4s2
23. Vanadium (V)
Atoommassa 50,942 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d3 4s2
24. Chroom(Gr)
Atoommassa 51,996 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d5 4s1
25. Mangaan (Mn)
Atoommassa 54,938 u
7 Valentie-elektronen //Orbitaal [Ar] 3d5 4s2
Het overgangsmetaal mangaan wordt de laatste tijd ook toegevoegd aan gesmolten staal om zuurstof en zwavel te verwijderen en vormt op die manier een legering met staal, zodat dit makkelijker in vorm te buigen is.
26. IJzer (Fe)
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d6 4s2
Over de oorsprong tot de vorming van alle elementen heb ik in andere berichten al gesproken:
In het binnenste van een zware ster worden uiteindelijk atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die in de natuur voorkomen. Je zou kunnen zeggen dat ijzer in een zware ster het element is, dat de aanleiding was tot de vorming van alle atomen en isotopen die we kennen.
Eerst smelten waterstofatomen samen tot heliumatomen. Dit gebeurt in middelmatige sterren als de Zon. De Zon houdt dit 10 miljard jaar vol, waarvan er al 5 miljard jaar om zijn! In zwaardere sterren gaat dit proces verder. Zodra de waterstof verbruikt is, begint de ster ’n beetje in te storten door de eigen zwaartekracht en heeft nieuwe brandstof nodig om niet helemáál in elkaar te storten (alsof er over nagedacht wordt!). Het inwendige van de ster wordt dan zó heet, dat de heliumkernen samensmelten tot koolstofatomen. Dat geeft de ster weer energie om te schijnen! Is de koolstof verbruikt dan moet er wéér nieuwe brandstof aangemaakt worden…..letterlijk! Door de inwendige hitte van het opnieuw in elkaar krimpen, zullen de koolstofatomen samensmelten tot wéér zwaardere zuurstofatomen. Hierna volgen silicium, magnesium enzovoorts. Er zijn dus steeds nieuwe kernfusiereacties nodig die weerstand bieden aan de zwaartekracht van de ster. De eigen energieproductie voorkomt telkens, dat de ster onder zijn eigen gewicht ineenstort.
In het binnenste van de ster worden uiteindelijk zware atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die in de natuur voorkomen.
IJzeratomen zullen nooit spontaan samensmelten tot nog zwaardere elementen, en er lijkt nu echt een einde gekomen te zijn aan de kernfusiereacties in de ster. De energieproductie komt dus tot stilstand, en de ster begint onder zijn eigen gewicht ineen te storten en implodeert. Hierdoor vallen de lagen met een gigantische snelheid naar binnen en worden deze lagen explosief rechtuit weer naar buiten geslingerd. Dit is een Supernova en in dit proces worden alle zwaardere elementen dan ijzer en alle isotopen gevormd, die uiteindelijk ook op onze planeet terecht kwamen. (dit proces verloopt via gigantische gas-en stofwolken en stervormingsgebieden, uitgelegd in een ander blog)
IJzer werd in het Oude Egypte, 6000 jaar geleden al gebruikt voor speerpunten en decoratieve versieringen. Veelal was het ijzer hiervoor afkomstig van ingeslagen meteorieten.
In de ijzertijd, zo’n 3000 jaar geleden, nam ijzer de plaats in voor brons. Een hoofdbestanddeel van brons, tin, werd namelijk minder beschikbaar.
In China werden in de 5e eeuw v.Chr. al de eerste hoogovens gebouwd
Corrosie en roesten
IJzer wordt in oorspronkelijke staat gevonden in het erts hematiet als ijzeroxide, ’n verbinding van ijzer met zuurstof. Het metaal ijzer heeft de neiging naar deze oorspronkelijke staat terug te keren wanneer het blootgesteld wordt aan lucht en water. Deze corrosie is te wijten aan de oxidatiereactie (waarbij elektronen worden uitgewisseld), die plaatsvindt wanneer het metaal een weg zoekt naar een energetische voorkeurstoestand, namelijk z’n oorspronkelijke staat: het oer-ijzererts
Wanneer staal in contact komt met water begint er een elektrochemisch proces. De elektronen die vrijkomen verplaatsen zich naar de uiteinden van de waterdruppel, waar er meer opgeloste zuurstof voorhanden is. Ze reduceren de zuurstof (nemen elektronen op uit zuurstof), en met het water wordt een hydroxidegroep (zuurstof en waterstofatoom) gevormd.
IJzer en water op de rode planeet.
In de bodem van Mars komt water voor en ook ijzerdeeltjes. Als ijzer en water reageren ontstaat ijzeroxide: roest. Ook door de lichtverstrooiing is de lucht boven Mars rood:
Mars, de voornaamste kenmerken van de rode planeet
27. Kobalt (Co)
Atoommassa 58,933 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d7 4s2
Het woord kobalt komt van het Duitse kobald (kabouter). Kobalt erts werd vaak verward met ertsen van de metalen die men wilde delven, waardoor de teleurstelling groot was als men het ongewenste kobalt verkreeg. Kobalt trekt het giftige arseen aan en joeg daarom angst aan bij de mijnwerkers. Men geloofde dus dat kobolden uit kwaadaardigheid dit metaal in de mijnen legden.
28. Nikkel (Ni)
Atoommassa 58,693 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d8 4s2
Mijnwerkers gebruikten het woord ‘nickel’ voor het erts waaruit geen koper te winnen viel en slechts het ongewenste nikkel opleverde. Boosaardige aardgeesten, Nickeln, werden daarvoor verantwoordelijk gehouden. Een soortgelijk verhaal kent het element kobalt. Hier zouden kobolden het kwade toverwerk verrichten.
29. Koper (Cu)
Atoommassa 63,546 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s1
Er zijn twee verschillende soorten winplaatsen:
- Dagbouwmijnen waar het erts dicht aan het oppervlak ligt
- Ondergrondse mijnen.
De mijn heeft meer koper opgebracht dan eender welke mijn dan ook in de geschiedenis: ongeveer 14,5 miljoen ton. Er worden ook een hele reeks bijproducten gewonnen. Zo heeft men al 620 ton goud, 5000 ton zilver, 276 ton molybdeen en grote hoeveelheden platina en palladium gevonden. Door deze productiestatistieken wordt Bingham Canyon ook wel “het rijkste gat op aarde” genoemd. De waarde van de metalen die er jaarlijks worden opgegraven bedraagt 1,8 miljard dollar.
De ondergrondse kopermijn bij Stolzembourg in Luxemburg. Hier bevinden zich de resten van een vijfhonderd jaar oude kopermijn.
Koper is 100% recyclebaar. Het is het derde, meest gerecyclede metaal na ijzer en aluminium. 80% van het koper dat een paar eeuwen geleden is gewonnen is nog steeds in gebruik. Van de Sumeriërs en Egyptenaren is overigens bekend dat zij rond 3000 v.Chr. koper smolten en gebruikten om brons te maken.
30. Zink (Zn)
Atoommassa 65,38 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2
31. Gallium (Ga)
Atoommassa 69,723 u
3 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p1
32. Germanium (Ge)
Atoommassa 72,64 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p2
33. Arseen (As)
Atoommassa 74,922 u
5 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p3
Arseen kan heel gemakkelijk uit zijn ertsen worden gemaakt. Omdat arseen enigszins lijkt op kwik, hebben vroege wetenschappers waarschijnlijk de twee elementen met elkaar verward. Arseen en arseenverbindingen zijn zeer giftig. De belangrijkste arseenbron is het mineraal arsenopyriet, waaruit bij verhitting arseen vervluchtigd.
34. Seleen (Se)
Atoommassa 78,97 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p4
Seleen beschikt over de opmerkelijke eigenschap om licht om te zetten in elektriciteit. Seleen heeft fotovoltaïsche cellen, ook wel PV-cellen genoemd, toegepast op sommige typen zonnecellen. Als er zonlicht op de zonnecel valt, worden er elektronen los gestoten, die dan in de gewenste richting bewegen en wekken elektrische stroom op. Dit fotovoltaïsch effect werd voor het eerst bemerkt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edond Becquerel, vader van Antoine-Henri-Becquerel/ die per toeval de werking van radioactiviteit ontdekte!
In de meeste systemen wordt hiervoor tegenwoordig silicium gebruikt. Energie van de zon kan elektronen losmaken in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.
35. Broom (Br)
Atoommassa 79,904 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p5
Broom wordt wel veelvuldig gebruikt in pesticiden, in verfstoffen, parfums, in de farmaceutische industrie en voor fotochemicaliën. Broomverbindingen zijn veelgebruikte vlam- of brandvertragende (vlamwerende) middelen, vooral in kunststoffen. Men maakt er ook kleding, gordijnen en meubelstoffen van alsmede te vinden in diverse geneesmiddelen, bijvoorbeeld in bromazepam, een kalmeringsmiddel.
36. Krypton (Kr)
Atoommassa 83,80 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p6
De Griekse naam krytos betekent verborgen.
In 1898 bleef krypton over bij de ontleding van vloeibare lucht na het verwijderen van water, zuurstof, stikstof, helium en argon. Een week later werd ook neon ontdekt op dezelfde manier.
Gasontladingslampen
Door het gas loopt een elektrische stroom. De in de lamp aanwezige vrije (losgeraakte)elektronen en ionen geleiden de stroom: er vindt een gasontlading plaats. Vrije elektronen botsen met de atomen van het gas. Bij deze botsing worden de elektronen van het atoom aangeslagen en naar een hoger energieniveau gebracht. Bij terugval naar het oorspronkelijk energieniveau wordt elektromagnetische straling uitgezonden d.m.v. een foton. een lichtdeeltje. De glazen buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluoriserende stof, waardoor de straling zichtbaar wordt.
37. Rubidium (Rb)
Atoommassa 85,468 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Kr] 5s1 = [Ar] 3d104s24p6 5s1
Net als alle andere alkalimetalen is rubidium erg reactief. Het ontbrandt spontaan bij aanraking met lucht en explodeert met water.
Rubidium vindt een toepassing in atoomklokken en als component in fotocellen.
38. Strontium (Sr)
Atoommassa 87,62 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 5s2
Strontiumnitraat Sr(NO3)2 is een goed oplosbaar zout van salpeterzuur. Salpeterzuur is het meest stabiele zuurstofzuur (oxozuur) van stikstof. Een zuurstofzuur bestaat uit waterstof en een zuurrest (zuur dat één waterstofdeeltje afstaat), die naast het centrale atoom X (altijd een niet-metaal) één of meerdere zuurstofstomen bevat. Strontiumnitraat wordt in de vuurwerktechniek gebruikt, omdat de vlammen een rode kleur te geven.
39. Yttrium (Y)
Atoommassa 88,906 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d1 5s2
Yttrium wordt wel eens tot de ‘zeldzame aardmetalen’ gerekend, die kenmerkend zijn de meeste lanthaniden. Zeldzame aarden worden vaak in combinatie met elkaar in ertsen en bepaalde soorten mineralen gevonden. Het woord “Aarde” komt van het Franse terre (veel zeldzame aardelementen zijn ontdekt door Franse onderzoekers). Terre kon vroeger ook oxide betekenen. Men nam aan dat deze elementen relatief zeldzaam waren, omdat er vrij weinig ertsen van zijn.
Stenen die met de missie van de Apollo 11 van de Maan terug naar de Aarde werden gebracht, bleken relatief hoge concentraties yttrium te bevatten.
40. Zirkonium (Zr)
Atoommassa 91,22 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d2 5s2
De naam zirkonium is afgeleid van het mineraal zirkoon, waarin het aangetroffen werd. Zirkoon komt van het Perzische zargūn, dat goudkleurig betekent. De maanstenen die met de Apollomissies mee terugkwamen, bevatten veel hogere concentraties zirkoniumoxide (verbinding met zuurstof) dan aardse stenen.
41. Niobium (Nb)
Atoommassa 92,91 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d4 5s1
42. Molybdeen (M0)
Atoommassa 95,95 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s1
43. Technetium (Tc)
Atoommassa 98,91 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s2
Technetium is het lichtste element in het periodiek systeem dat radioactief is.
Technetium is gevonden in het spectrum van sterren van het S-, M- en N-type. De aanwezigheid van het element in stellair materiaal leidt tot nieuwe theorieën over de productie van zware elementen in sterren. Van nature komt technetium op aarde vrijwel niet voor. Het is een splijtingsproduct van zware kernen zoals uranium-238.
44. Ruthenium (Ru)
Atoommassa 101,07 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d7 5s1
Het element ruthenium bleek het residu dat achterbleef toen in 1827 ruw platina werd opgelost in koningswater (geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur). Het wordt koningswater genoemd omdat goud, de koning der metalen, en ook andere edelmetalen zoals platina erin oplossen.
45. Rodium (Rh)
Atoommassa 102,91 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d8 5s1
Een voorbeeld hoe een element werd ontdekt. Rodium is in 1803 ontdekt door een Engelse chemicus tijdens het onderzoeken van ruw platina-erts afkomstig uit. Eerst loste hij het erts op in koningswater en neutraliseerde het zuur met natriumhydroxide. Door ammoniumchloride toe te voegen sloeg het platina neer en na het verwijderen van nog wat andere elementen bleven er rode rodiumchloride-kristallen over. Hieruit werd door reductie (elektronen opnemen van waterstofgas) zuiver rodium geïsoleerd.
46. Palladium (Pd)
Atoommassa 106,42 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10
47. Zilver (Ag)
Atoommassa 107,87 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s1
Puur zilver is van nature te zacht om verwerkt te worden tot een sieraad of gebruiksvoorwerp. Er werd aanvankelijk gedacht dat het metaal kwik een soort zilver was: quicksilver. Wanneer zilver met zwavel of verbindingen daarvan in aanraking komt vormt zich een zwarte laag van zilversulfide.
Zilver heeft oorlogen ontketend, mensen van hof en haard gescheiden, armen rijk gemaakt, vrouwen gesierd, kunstenaars geïnspireerd en als betaalmiddel gediend.
Zilverbezit was vroeger veelal het ‘bloedige product’ van de overwinning in een oorlog, van plundering of onderdrukking, dan dat het verkregen was dankzij eerlijk en hard werken.
In de 14e eeuw zijn tonnen zilver de smeltoven ingegaan om buitenlandse oorlogen te financieren. Zonnekoning Lodewijk XIV liet zijn prachtig bewerkte zilveren meubels en andere gebruiksvoorwerpen smelten om de Spaanse Successie-oorlog te betalen. Ook gaf hij de adel het bevel al hun goud en zilver te laten smelten, met als gevolg dat vandaag de dag de zilveren voorwerpen uit die periode zeer zeldzaam zijn.
De Zilvervloot
De Spanjaarden organiseerden in de 16e en 17e eeuw ieder jaar een groot konvooi om goud, zilver en andere kostbaarheden te verschepen uit Zuid-Amerika naar Spanje. In 1626 maakte Piet Hein voor de West-Indische Compagnie een plan voor het onderscheppen van deze zilvervloot. Na twee gelukte kleinere zeeroven in 1627 in de Allerheiligenbaai maakte Piet Hein zich in 1628 onsterfelijk door de verovering van een zwaar bewaakt zilvertransport uit de Baai van Matanzas. De buit bedroeg zo’n twaalf miljoen gulden en de WIC keerde een recorddividend uit van 50%. Het zilver was dus een belangrijke bijdrage aan de Gouden Eeuw. Na dit succes werd Piet Hein aangesteld als hoofd van de Hollandse zeemacht, maar kort daarna sneuvelde hij voor de Belgische kust. Bron: Arts edelmetaal
Zilvermijn
48. Cadmium (Cd)
Atoommassa 112,41 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2
Sinds januari 2005 is cadmium in batterijen verboden door de Europese Unie. 10% van het wereldwijd gebruikte cadmium is afkomstig uit de recycling van batterijen. Er zijn echter zonnepanelen die het giftige cadmium bevatten. Voor cadmiumvrije soorten zie cadmium-in-zonnepanelen.
Cadmiumbesluit
In het Cadmiumbesluit staan voorwaarden voor onder andere het invoeren en uitvoeren, het vervaardigen en het verwerken van Cadmium. In het besluit zijn twee verboden opgenomen:
1. het toepassen van cadmium en cadmiumverbindingen als pigment, kleurstof, stabilisator of oppervlaktelaag;
2. het vervaardigen, invoeren, aan een ander ter beschikking stellen of bedrijfsmatig voorhanden hebben van cadmiumhoudende producten
49. Indium (In)
Atoommassa 114,818 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p1
50. Tin (Sn)
Atoommassa 118,71 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p2
Tin, een van de vroegst ontdekte metalen, werd gebruikt voor het vervaardigen van brons, een koper-tin legering. In de bronstijd was namelijk de heersende technologie op brons gebaseerd. Het symbool Sn komt van het Neolatijn stannum dat van het postklassieke Latijn stagnum ‘legering van zilver en lood’ komt.
51. Antimoon (Sb)
Atoommassa 121,76 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p3
Een mogelijke oorsprong van de naam is de combinatie van de Griekse woorden anti en monos: niet alleen: Antimoon wordt doorgaans samen met andere metalen gevonden.
52. Telluur (Te)
Atoommassa 127,60 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p4
Telluur wordt in combinatie met het giftige cadmium gebruikt in sommige zonnepanelen!!
53. Jodium (I)
Atoommassa 126,9045 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p5
Jodium is in de vorm van opgeloste chemische bindingen te vinden in zeewater en in het water dat afkomstig is van zoutmijnen. Het is als natrium- en magnesiumverbinding een belangrijk bestanddeel van zeewier (zie ontdekking jodium hieronder). Zoals andere halogenen kan jodium met veel andere elementen verbindingen vormen, omdat het jodiumatoom één elektron in z’n buitenste schil mist. Omdat halogenen slechts één elektron hoeven op te nemen om de edelgasconfiguratie te bereiken, hebben ze oxidatiegetal -1, d.w.z. slechts 1 elektron (negatief geladen) meer. Halogenen zijn dan ook de sterkste oxidatoren (elektronenacceptoren). Wanneer het oxidatiegetal -3 zou zijn, dan zouden er 3 (negatief) geladen elektronen meer zijn dus -3. Vanzelfsprekend zijn er ook positief geladen ionen.
Video ionen-1-wat-is-een-ion-hoe-bereken-je-het-aantal-elektronen-in-een-ion-hoe-gebruik-je-t40a
Het element werd in 1811 ontdekt door de Franse wetenschapper Bernard Courtois. De naam jodium/iodine is afgeleid van het Griekse woord ioeidès, dat violet uiterlijk betekent, vanwege de violette kleur van jodiumdamp en -kristallen:
Ontdekking in 1811
Salpeter (’n metaalzout) werd gewonnen uit zeewier dat werd gedroogd, verbrand en de as werd vervolgens gewassen met water. Om de salpeter verder te zuiveren werd zoutzuur toegevoegd. Op een dag schoot Courtois uit met het zuur waarbij een wolk van paarse damp opsteeg. Het viel Courtois op dat de damp neersloeg op koude oppervlakken en daarbij donkere kristallen vormde. Hij vermoedde een onbekend element te hebben ontdekt, maar beschikte niet over voldoende middelen om verder onderzoek te verrichten.…..
Video jodium-een-bijzondere-stof
Slechts enkele jodium-kristalletjes volstaan. Deze worden met behulp van een lepel of spatel (dus NIET met de blote hand) in een vuurvaste erlenmeyer gedaan. Deze wordt afgesloten met een horlogeglas waarop wat smeltend ijs ligt. Daarna wordt de erlenmeyer met behulp van een gasbrander voorzichtig verwarmd. Algauw ontstaat er een paarse damp, dit is jodiumdamp. Deze damp is niet zo gezond, goed afzuigen dus. Jodiumdamp ontstaat doordat jodium al bij matige verwarming van de vaste fase meteen overgaat naar de gasvormige fase. Deze faseovergang heet sublimeren of vervluchtigen. De temperatuur van de onderkant van het horlogeglas (dat de erlenmeyer afsluit) is echter heel laag, de temperatuur van smeltend ijs bedraagt namelijk nul graden Celsius. Als de jodiumdamp tegen de koude onderkant van het horlogeglas komt, wordt het meteen weer vast. Deze overgang van de gasvormige naar de vaste fase heet rijpen. Dit verschijnsel kennen we wel van koude winters. Denk maar eens aan de waterdamp in de lucht die bij vorst meteen overgaat in ijs als die in aanraking met een koud oppervlak komt (rijping). Behalve rijp bestaat er trouwens ook nog ruige rijp. Dit laatste is eigenlijk “echte” rijp: het is bevroren mist.
Toepassingen: Jodiumtinctuur heeft een desinfecterende werking. In een mengsel van water en ethanol wordt jodium opgelost en gebruikt voor het ontsmetten van wonden. In kaliumjodide (’n zout) vindt jodium toepassing in de fotografie bij het ontwikkelen van foto’s.
54. Xenon (Xe)
Atoommassa 131,30 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p6
Het verdampen van lucht wordt destillatie genoemd. Dit wordt uitgevoerd bij extreem lage temperaturen (−180°C ) en wordt daarom ook wel een cryogene destillatie genoemd. Xenongas wordt gebruikt in diverse xenonlampen, zoals bacteriële lampen bacteriën-verlichten-lamp, radiolampen, stroboscopen, waarmee de beweging van een object schijnbaar kan worden stilgezet, elektronenflitsers en lasers.
- Video stroboscopisch effect levitating-waters-antigravity-water-drops.
Medisch gebruik en doping
Xenon wordt medisch toegepast als verdovingsmiddel om patiënten in staat te stellen om chirurgische en andere pijnlijke procedures te ondergaan zonder dat het =gevoeld wordt. Ook stimuleert dit edelgas de productie van Epo waardoor er meer rode bloedcellen worden gevormd. Dit is dus een vorm van doping, om het vermogen van zuurstof- en koolzuurgastoevoer van het bloed te verhogen.
55. Cesium (Cs)
Atoommassa 132,9054 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Xe] 6s1
Cesium is naast koper en goud ’n metaal met een ‘gouden’ uiterlijk, de rest van de metalen is grijs of zilverwit. Het alkalimetaal cesium is zacht, makkelijk vervormbaar en smelt al bij 29 graden Celsius. Cesium reageert explosief met water.
Atoomklok
De seconde is gedefinieerd aan de hand van de energieniveau’s van een cesium-atoom, specifiek in cesium-133, de enige stabiele isotoop van dit element. Uiterst precieze atoomklokken op basis van cesium kennen een afwijking van minder dan één seconde in vele miljoenen jaren.
Het 133Cs atoom definieert sinds 1967 de standaard van tijd, de seconde. De referentie is een specifieke ‘hyperfijne’ energetische overgang in de grondtoestand van het 133cesium atoom (in rust, bij 0 K). De daarmee corresponderende straling heeft volgens de definitie uit 1967 een frequentie van 9.192.631.770 Hz. Anders gezegd: één seconde is precies de duur van 9.192.631.770 perioden van die straling.
Maar het kan echter nóg preciezer!
……dat slechts 1 seconde afwijkt in 15 miljard jaar – dat is langer dan de leeftijd van het universum……
56. Barium (Ba)
Atoommassa 137,327 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 6s2
Rond het jaar 1500 werden bariumzout bevattende stenen magische krachten toegekend, omdat ze een lichte gloed afgaven na te zijn verhit in houtskool. Zelfs na enkele jaren bleven de stenen in het donker nog nagloeien. Tegenwoordig staat dit verschijnsel bekend als fosforescentie: Fosforescentie is ‘verboden licht’
Het nagloeien in stoffen is het een gevolg van langzaam terugvallen van door bestraling met ’n lichtbron aangeslagen-elektron. Het feit dat dit langzaam gebeurt komt doordat het terugvallen van de elektronen naar de grondtoestand in de quantummechanica een ‘verboden overgang’ kent. Dit heeft te maken met de ‘uitsluitingsprincipe van Pauli’: twee elektronen met ’n zelfde ‘spin’ mogen zich niet in één baan bevinden…..
De Lanthaniden
De elementen vanaf Lanthaan (57) t/m Lutetium (71) worden de Lanthaniden genoemd. Een aantal van deze elementen behoren tot de zogenoemde ‘Zeldzame aardmetalen’.
Zeldzame Aardmetalen, ook wel genoemd Zeldzame Aarden, worden in het Engels Rare Earth Elements (REE) genoemd, en hebben veelal (hightech) toepassingen. De Zeldzame Aard-elementen komen dus zelden vrij als metaal voor in de aardse natuur. Als men het over de Zeldzame Aard-elementen heeft, praat men dan ook meestal over de oxidevorm (Rare Earth Oxide).
De naam ‘Zeldzame Aarden’ is eigenlijk niet correct. Het zijn geen Aardmetalen, maar behoren tot de overgangsmetalen. Het woord “Aarde” komt van het Franse terre, dat ook oxide kon betekenen: ze oxideren snel met zuurstof. Men nam aan dat deze elementen relatief zeldzaam waren, omdat er vrij weinig ertsen van zijn.
Het gaat hier om een groep elementen die allemaal ontdekt zijn via de isolatie van hun oxide. De term ‘zeldzaam’ vindt zijn oorsprong in het feit dat deze oxiden (aarden) bijzonder moeilijk te herkennen en scheiden zijn. Het duurde meer dan een eeuw voordat ze allemaal ontdekt waren. In dezelfde periode werd bijna honderd keer de ontdekking van andere nieuwe elementen geclaimd.
Na verloop van tijd kwam de term ‘zeldzaam’ ook in zwang als aanduiding van de elementen zelf. Ze werden vaak pas vele jaren na hun ontdekking in zuivere vorm geïsoleerd.
57. Lanthaan (La)
Atoommassa 138,9055 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
58. Cerium (Ce)
Atoommassa 140,115 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Cerium is vernoemd naar de dwergplaneet Ceres, die in het 1801 ontdekt werd. Het element behoort tot de zeldzame aardmetalen, maar komt op aarde bijna net zoveel voor als koper! Het oxideert gemakkelijk, vooral in vochtige lucht. Cerium is één van de meer reactieve zeldzame aarden: bij bewerking met een mes of een zaag kan het zomaar ontbranden. Je vindt cerium in aanstekers.
59. Praseodymium (Pr)
Atoommassa 140,9077 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f3 6s2
60. Neodymium (Nd)
Atoommassa 144,24 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f4 6s2
Glas kan gekleurd worden van zuiver violet tot rood en grijs door er neodymium aan toe te voegen. Het is een van de meest reactieve lanthaniden en reageert ook met zuurstof, daarom luchtdicht of in olie bewaren.
61. Promethium (Pm)
Atoommassa 146,92 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f5 6s2
Het element promethium is vernoemd naar Prometheus, een titaan uit de Griekse mythologie. Hij stal het vuur uit de hemel om het de mensen tot nut te laten zijn. Het komt op aarde alleen ‘natuurlijk’ voor als vervalproduct van uraniumisotopen.
62. Samarium (Sm)
Atoommassa 150,36 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f6 6s2
63. Europium (Eu)
Atoommassa 151,965 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f7 6s2
64. Gadolinium (Gd)
Atoommassa 157,25 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f7 5d1 6s2
MRI contrastmiddel
Oplosbare verbindingen met gadolinium dienen als contrastvloeistof bij Magnetic Resonance Imaging (MRI). Vanwege de ongepaarde elektronen van het gadolinium zijn ze goed zichtbaar op de scan. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk delen van de bloedsomloop zeer scherp af te beelden en vernauwingen, blokkades of lekkages te detecteren. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden.
65. Terbium (Tb)
Atoommassa 158,9253 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f9 6s2
Een aantal terbium-gebaseerde materialen vertoont bijzondere eigenschappen zoals drukafhankelijke fluorescentie, sterke vormverandering onder invloed van een magnetisch veld of triboluminescentie: kristallen geven licht als ze breken.
Verbindingen met terbium worden gebruikt als groen fluorescerende stof.
66. Dysprosium (Dy)
Atoommassa 162,50 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f10 6s2
67. Holmium (Ho)
Atoommassa 164,9303 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f11 6s2
Holmium heeft een groot magnetische moment d.w.z. dat het een duidelijke magnetische sterkte en richting geeft. De hoge magnetische sterkte wordt benut om sterke magneetvelden te genereren. Het element is zelf niet permanent magnetisch, maar dient als concentrator van magnetsche flux (in poolschoenen) in combinatie met andere magneten.
68. Erbium (Er)
Atoommassa 167,26 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f12 6s2
69. Thulium (Tm)
Atoommassa 168,9342 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f13 6s2
Dit element is op promethium na het minst voorkomende element uit de reeks van de lanthaniden. Het doet zijn naam als zeldzame aarde dus eer aan.
70. Ytterbium (Yb)
Atoommassa 173,04 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14
71. Lutetium (Lu)
Atoommassa 174,967 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d1 6s2
Het is het minst voorkomende en misschien wel duurste element uit deze reeks. Toch komt lutetium in grotere hoeveelheden in de aardkorst voor dan goud. Het is lastig om uit lutetiumhoudende mineralen het pure, zuivere metaal te verkrijgen. De naam lutetium is afgeleid van Lutetia, de Latijnse benaming voor Parijs: de woonplaats van de ontdekker. De naam was aanvankelijk lutecium.
72. Hafnium (Hf)
Atoommassa 174,967 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d2 6s2
De naam hafnium verwijst naar Kopenhagen, de stad waar hafnium ontdekt werd door Niels Bohr. De oude Latijnse naam voor Kopenhagen is Hafnia. Dankzij hafniumoxide zijn computerchips de laatste jaren complexer en sneller geworden.
73. Tantalium (Ta)
Atoommassa 180,9479 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d3 6s2
De naam tantalium is afgeleid van koning Tantalus uit de Griekse mythologie – net zoals het begrip tantaluskwelling. Tantalus, zoon van Zeus, had de toorn van de goden gewekt en moest als straf tot zijn kin in het water staan. Toch kon hij zijn dorst niet lessen, want zodra hij wilde drinken zakte het water buiten zijn bereik. Met de naam voor dit element refereert de ontdekker aan het feit dat het isoleren van tantaal(oxide) zo moeizaam ging dat het een ware Tantaluskwelling was.
74. Wolfraam 
Atoommassa 183,84 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d4 6s2
Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt van alle elementen: 3422 oC en wordt daarom veel toegepast onder zware thermische belasting, bijvoorbeeld in laselektrodes en gloeidraden. Een wolfraamdraad van 100 µm doorsnede, opgerold in een dubbele spiraal, in een lamp gevuld met argon of krypton geeft een intens wit licht bij 2.800 – 3.000 ºC.
Wolfraam heeft vrijwel dezelfde dichtheid als goud (goud 19320 kg/m³, wolfraam 19300 kg/m³) maar goud is ongeveer duizend keer zo duur. Daarom werd wolfraam, zij het sporadisch, gebruikt om goudstaven te vervalsen door de binnenkant met wolfraam te vullen….
75. Renium (Re)
Atoommassa 186,21 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d5 6s2
Renium wordt veel gebruikt in legeringen die bestand moeten zijn tegen zeer hoge temperaturen. Rheniform is een katalysator (reactie-versneller) met platina en renium (ca. 0,3 %) voor de productie van loodvrije benzine. Dmitri Mendelejev had het bestaan van dit element al voorspeld bij het opstellen van zijn periodiek systeem. In de versie van 1871 plaatste hij het toen nog hypothetische dvi-mangaan in het gat tussen wolfraam (element 74) en osmium (element 76).
76. Osmium (Os)
Atoommassa 190,23 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d6 6s2
Je vindt osmium als legeringselement in zeer harde materialen voor bijvoorbeeld vulpenpunten, elektrische contacten en kompasnaalden. Het werd ook gebruikt voor de naald van oude fonografen (de voorloper van de platenspeler).
77. Iridium (Ir)
Atoommassa 192,22 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d7 6s2
Iridium komt voor in meteotieten, dus de ontdekking van een dun laagje iridium in gesteenten bij Yucatán (Mexico), werd direct geassocieerd met de inslag van de grote meteoriet die de dinosauriërs deed uitsterven. Indium is verder een bijproduct van de zink-, ijzer-, lood-, en koperwinning. Het element ‘verraadt zich’ door de kleur indigo. Metallisch iridium is hard en zilverachtig en vindt een toepassing in injectienaalden en op de punt van dure vulpennen.
Iridium en andere zeldzame elementen zijn nodig voor consumentenelektronica, zoals touchscreen- en lcd-beeldschermen, zonnepanelen, windmolens, IPads en ook in mobieltjes. De grondstoffen schaarste wordt niet alleen veroorzaakt door beperkte bodemvoorraad maar ook door export beperking van de producerende landen. De indiumproductie is voor de helft in handen van China.
Strategische mineralen gaan schaars worden. Voorraden van zeldzame mineralen bevinden zich in een paar landen, die dus een monopoliepositie hebben. De schaarste vormt een bedreiging voor onze hightech-industrie die zich bezig houdt met groene technologieën, zoals windturbines en zonnepanelen.
78. Platina ( Pt)
Atoommassa 195,08 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d9 6s1
Uit opgravingen is gebleken dat platina al in het Egypte van de zevende eeuw voor Christus werd gebruikt als materiaal voor sieraden. Ook in tweeduizend jaar oude graven aan de westkust van Zuid Amerika is platina aangetroffen. De geschiedenis van het metaal in Europa en Azië gaat minder ver terug. In de 18e eeuw is in Europa dit metaal ontdekt en vernoemd naar het Spaanse verkleinwoord woord platina, wat ‘klein zilver’ betekend, dit omdat het vaak met zilver werd verward.
79. Goud (Au)
Atoommassa 196,9665 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s1
Goud is extreem rekbaar: één gram van dit edelmetaal is uit te walsen tot een oppervlakte van twee tennisvelden (vijfhonderd vierkante meter) of uit te rekken tot een draadje van maar liefst drie kilometer lengte. Het werd al vóór 4.000 v. Chr. gebruikt als sieraad en ruilmiddel. De geweldige aantrekkingskracht van goud wordt beschreven in verschillende mythes bijvoorbeeld die rond Koning Midas, die alles wat hij aanraakte in goud veranderde.
In de oudheid was goud niet alleen bekend als waardevol, maar ging er ook magie van uit en stond het symbool voor zuiverheid. Alchemisten zijn lange tijd op zoek geweest naar de steen der wijzen, om andere materialen te transformeren in goud. Dat zij daar nooit in zijn geslaagd, is vanuit de huidige inzichten over de opbouw van atomen goed te verklaren.
…..als de steen onedel metaal aanraakt, veranderd het onedele metaal in goud. De eigenaar van de steen zou voor eeuwig leven door de kracht van de steen. Verder zou de drager zijn of haar jeugd weer terugkrijgen en nooit ouder worden……..
Goudmijn
The-giant-holes-the-grasberg-minefreeport-papua-indonesia-vendora.
80.Kwik (Hg)
Atoommassa 200,59 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2
De naam is afgeleid van het ‘kwikke’ en ‘levendige’ gedrag van het metaal. Het symbool Hg is afkomstig van de Latijnse naam hydrargyrum voor vloeibaar (waterachtig) zilver. In het Nederlands is de naam kwik het ‘restant’ van kwikzilver. Het Engels kent de term quick silver als alternatief voor de officiële naam mercury. Dat is afgeleid van Mercurius, de boodschapper van de goden en god van de handel in de Romeinse mythologie. De oude alchemisten koppelden de destijds bekende elementen aan hemellichamen. Voor kwik was dat de planeet Mercurius.
Toepassingen
Vanwege de gezondheidsrisico’s en de daarmee samenhangende regelgeving worden kwik (met name in open systemen) en kwikverbindingen steeds minder toegepast. De Romeinen wisten overigens al dat kwik een gevaarlijke stof was omdat de mensen die in kwikmijnen gingen werken na een half jaar stierven. Om die redenen moesten de slaven in de kwikmijnen werken.
Kwik werd vroeger veel gebruikt voor de meting van druk, met als bekendste de luchtdruk (barometer) en de bloeddruk. Ook dit is tegenwoordig verboden, maar de eenheid van bloeddruk is nog steeds ‘millimeter kwik’ (mm Hg). Een bloeddruk van 120 mm Hg kan dus in een buisje 12 cm aan kwik omhoog drukken.
In oude thermometers kan men kwik aantreffen. Het metaal is daarvoor zeer geschikt vanwege een constante uitzettingscoëfficiënt en grote dichtheid. Tegenwoordig is dat verboden.
Kwik werd door de alchemisten beschouwd als de sleutel in de omzetting van ‘normale’ metalen in goud. De oudste kwikmijn bevind zich in Spanje.
81 Thallium (Tl)
Atoommassa 204,3833 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p1
Het metaal is bijzonder giftig en wordt als het meest giftige ‘gewone’ element beschouwd. Radio-actieve elementen als polonium en plutonium zijn zelfs bij ’n lagere doses al dodelijk. Thalliumsulfaat is jarenlang toegepast als rattengif.
De naam thallium is afgeleid van het Griekse thallos voor ontluikende knop. Dit vanwege de karakteristieke groene kleur van één van de spectraallijnen van het element. Thallium werd in 1861 ontdekt met behulp van spectroscopische analyse van slib dat achterbleef bij de bereiding van zwavelzuur.
Toepassing in thermometers voor het meten van zeer lage temperaturen (tot -60 ºC) en bepaalde thermostaten bevatten een mengsel van kwik en thallium. Deze apparatuur wordt gebruikt in poolstreken en in de stratosfeer. Voor medisch onderzoek wordt de isotoop thallium-201 gebruikt.
82. Lood (Pb)
Atoommassa 207.2 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe} 4f 14 5d 10 6s2 6p2
Lood is het zwaarste metaal en tevens zeer buigzaam. Lood is schadelijk voor het milieu
De naam lood is waarschijnlijk afgeleid van het Keltische loud of van het Sanskriet loka, dat roodachtig betekent. Dit vanwege de roodachtige kleur van het oxide (menie). Het symbool Pb is afkomstig van de Latijnse naam voor lood, plumbum. Het wordt toegepast in dakbedekkingen en als stralingsbeschermer. Loodtoepassingen zijn inmiddels achterhaald vanwege de milieu- en gezondheidsaspecten. Lood is giftig en hoopt zich op in het lichaam. Zelfs kleine hoeveelheden lood(verbindingen) kunnen de ontwikkeling en het functioneren van de hersenen beïnvloeden!!
De Romeinen produceerden naar schatting tot wel 80.000 ton lood per jaar. Ze pasten het toe in standaardgewichten, munten en in allerlei gebruiksvoorwerpen zoals borden, drinkbekers en kookpotten. De Romeinen waren hun tijd ver vooruit met een drinkwatervoorziening waarbij ze loden pijpen gebruikten. Van het gebruik bij waterleidingen – en de wijze van verwerking – is het woord loodgieter afkomstig. De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.
Dit was allemaal niet ongevaarlijk: bepaalde beschrijvingen van ziektebeelden in die tijd doen denken aan de symptomen van loodvergiftiging. Sommige historici schrijven de teloorgang van het Romeinse rijk (voor een deel) toe aan het veelvuldig toepassen van lood.
83. Bismut (Bi)
Atoommassa 208,9804 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f 14 5d 10 6s2 6p3
Legeringen van bismut met lood, zink of tin hebben een relatief laag smeltpunt (zo tussen 40 °C en 140 °C). Ze dienen als smeltdraad in elektrische smeltveiligheden (zekeringen, ook bekend als ‘stoppen’). Deze draad smelt als de stroomsterkte te hoog wordt, waardoor de stroomkring automatisch wordt onderbroken. Ook in sprinklerinstallaties is een smeltdraad (of smeltplaatje) aanwezig. Bij te hoge temperatuur smelt de draad en treedt automatisch de sproeikop in werking.
Hoewel bismut tot de zware metalen behoort, is het niet giftig en is dus onschadelijk voor organismen. Basisch bismutnitraat, Bi(OH)2NO3, heeft zelfs een sterke desinfecterende werking en wordt onder andere gebruikt in windsels bij de verzorging van brandwonden.
84. Polonium (Po)
Atoommassa 208.9824 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p4
Polonium werd ontdekt in 1898 door Marie Curie na het verwerken van onvoorstelbare hoeveelheden uraniumerts-restanten. De straling van dit erts, pekblende, was namelijk veel groter dan op grond van het aanwezige uranium was te verklaren. Marie Curie ging op zoek naar de stof die deze straling moest veroorzaken. Uit 2 ton pekblende wist ze 2 milligram materiaal te isoleren, dat voor ongeveer 5% uit het onstabiele isotoop 210Po bestond. Het dodelijke element werd in 2006 gebruikt voor de moord op de Russische dissident Litvinenko.
In tabak zijn minuscule hoeveelheden polonium te vinden. Sommige wetenschappers veronderstellen dat de aanwezigheid van het element een rol speelt bij het ontstaan van longkanker. Een radioactief isotoop van polonium zit ook in sigarettenrook.
Instabiele poloniumkernen vallen zeer snel uit elkaar zodat extreem veel reactiewarmte vrijkomt in de vorm van straling. Polonium zendt vijfduizend keer zoveel straling uit als een even grote hoeveelheid van het eveneens zeer radioactieve radium. Deze stralingswarmte is vervolgens om te zetten in elektrische energie. Zo ontstaat een lichtgewicht energiebron die gebruikt wordt in nucleaire batterijen voor ruimteschepen en satellieten.
85. Astaat (At)
Atoommassa 209,9871 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [ Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p5
De naam astaat komt van het Griekse woord astatos dat betekent instabiel. Alle bekende astaat-isotopen zijn namelijk instabiel en vervallen vrij direct. Hoeveelheden die groot genoeg zijn om met het blote oog waar te nemen verdampen meteen door de intense radioactiviteit. Schattingen van de aanwezigheid in de gehele aardkorst lopen uiteen van een tiende gram tot hooguit enkele tientallen grammen.
De plek in het periodiek systeem onder jodium bleef lange tijd leeg vanwege de instabiliteit van het element, waarvan het bestaan al door Mendelejev was voorspeld. Uiteindelijk is het in 1940 gelukt om het element te ‘synthetiseren’ in het cyclotron (een circulaire deeltjesversneller) door een bombardement van bismuth-209 met alfa-deeltjes (helium4-kernen).
Alfadeeltjes zijn gevaarlijk als ze inwerken op weefsel, omdat ze daarin chemische reacties teweegbrengen. Deze stralingsdeeltjes zijn echter gemakkelijk tegen te houden met een blad papier is genoeg. Alfastraling is daarom eigenlijk alleen gevaarlijk als ze in het lichaam worden opgenomen, bijvoorbeeld wanneer men alfadeeltjes via het voedsel of via injectie naar binnen krijgt. Eenmaal in het lichaam kunnen zij in hun directe omgeving grote schade aanrichten omdat alle energie die vrijkomt bij hun verval zich in een klein gebied om de vervallende kern concentreert.
Een andere besmettingsweg is de blootstelling aan gasvormige alfastralers. Als radium (2 elementen verder in het systeem) door alfaverval twee protonen verliest, wordt het edelgas radon gevormd. Radon is een alfastraler. Doordat radon ingeademd kan worden, is het veel gevaarlijker. De zeer krachtige alfastraling raakt de binnenkant van de longen en kan daar veel schade aanrichten. Bovendien zijn de eveneens radioactieve vervalproducten niet meer vluchtig en zij zetten zich daarom af in de longen.
86. Radon (Rn)
Atoommassa 222.0176 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p6
Voorafgaand aan aardbevingen is vaak een sterke stijging in de radon-concentratie waar te nemen. Dit gebeurt tijdens de opbouwfase waarin de spanning in gesteenten sterk toeneemt. Radon is dan een aardschokvoorspeller.
Sommige grond- en steensoorten bevatten sporen van uranium die tot radium vervallen, dat op zijn beurt weer vervalt tot radon. In die lage concentratie wordt aan radon- houdend water, mits gedoseerd gebruikt, een helende werking toegeschreven.
Bij standaardtemperatuur en -druk is het een kleurloos gas, maar afgekoeld tot onder het vriespunt neemt radon een fluorescerend gele kleur aan en bij nog lagere temperaturen verandert dat in oranjerood. Hoewel radon een edelgas is, dat nauwelijks verbindingen aangaat met andere elementen, is experimenteel aangetoond dat het verbindingen kan aangaan met fluor.
87. Francium (Fr)
Atoommassa 223 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Radon] 7s1
Een francium atoom bestaat slechts voor korte tijd want francium is één van de minst stabiele natuurlijk voorkomende elementen. Er is op de hele aardbol op enig moment naar schatting slechts twintig tot dertig gram van aanwezig.
88. Radium (Ra)
Atoommassa 226,03 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 7s2
De naam radium is ontleend aan de radioactieve straling die het uitzendt. Aangezien radium ontstaat uit het verval van uranium, wordt het altijd aangetroffen in uraniummijnen.
Hoe ontdekken chemici een element: Marie en Pierre Curie ontdekten radium in 1898 in een monster uraniniet (pekblende). Ze toonden het aan met behulp van spectraalanalyse. Om meer van het element in handen te krijgen verwerkten ze twee wagonladingen afval, overgebleven bij de uraniumwinning. Het leverde slechts 1/10 gram radium op!!
In 1910 verkreeg Marie Curie het eerste metallische radium. Ze elektrolyseerde een oplossing van een radium-kwik verbinding. Uit de ontstane radium-kwik-legering isoleerde ze het radium via afdampen van het kwik bij 700 °C in een waterige oplossing.
Vlak na de ontdekking werd radium als een soort radioactief wondermateriaal beschouwd. Het kreeg toepassingen in lichtgevende verf, maar ook in tandpasta en andere producten die goed zouden zijn voor de gezondheid. Meisjes die werkten of gewerkt hadden aan het aanbrengen van de radiumverf ontwikkelden zweren, bloedarmoede en botkanker.
Het duurde een kwart eeuw voordat de gevaren van radium serieus werden genomen. Gemeten naar gewicht is radium een miljoen maal radioactiever dan uranium. Tegenwoordig wordt radium gebruikt bij het opstarten van een kernreactor.
De actiniden
Dit zijn een serie van 15 elementen met de atoomnummers 89 t/m 103. Alle actiniden zijn radioactief en vervallen spontaan naar lagere elementen, uiteindelijk naar lood. Twee actiniden (thorium en uranium) komen echter nog als natuurlijk element op Aarde voor doordat zij isotopen hebben met een halveringstijd van miljarden jaren. Dat zou de tijd zijn, waarna van een oorspronkelijke hoeveelheid stof nog precies de helft over is.
89. Actinium (Ac)
Atoommassa 227,0728 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d1 7s2
Actinium is te vinden in het uraniumerts pekblende, net als radium en polonium. Het is bijzonder radioactief, honderdvijftig maal de radioactiviteit van radium. De naam is afgeleid van het Griekse woord aktinos, dat straal betekent. Actinium werd in 1899 ontdekt in het residu van uraniumerts waaruit Marie en Pierre Curie een jaar eerder al radium hadden geïsoleerd.
- Het is één van de meest zeldzame elementen. Het aandeel in de aardkorst is qua gewicht slechts 5,5.10-14 %.
- Vanwege de schaarste, hoge prijs en extreme radioactiviteit heeft actinium geen industriële toepassingen. Het wordt incidenteel wel gebruikt voor medische doeleinden (lokale bestraling).
- Actinium is een zilverkleurig metalliek metaal dat dusdanig radioactief is, dat het in het donker een blauwe gloed uitstraalt.
90. Thorium (Th)
Atoommassa 232,04 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d1 7s2
Thorium is een stof die niet splijtbaar is, maar het kan wel omgezet worden in een vorm van uranium die dat wel is. Dit is uranium-233: deze stof verliest in 160.000 jaar tijd de helft van de radioactiviteit. Zo wordt het gevaar van de radioactiviteit dus kleiner, want kernafval van uranium geeft langer straling af. Bij de omzetting van deze stof is wel uranium nodig, dit gebeurt in lastige stappen.
Thorium is een nucleaire energiebron, maar wordt nauwelijks benut. Kernenergie van thorium is een nieuwe en duurzame techniek. Er zit misschien wel meer energie in de aardse thoriumvoorraden dan in alle uraniumertsen én fossiele energiebronnen bij elkaar. Video thorium-oplossing-voor-het-energieprobleem
Puur thorium is een zilverwit glanzend metaal, maar na enkele maanden zorgt oxide ervoor, dat het dofgrijs en uiteindelijk zelfs zwart wordt. Thorium is redelijk bestand tegen water en lost niet op in de meeste zuren, behalve in zoutzuur. Het smeltpunt van thoriumoxide is 3300°C, het hoogst van alle bekende oxides en bijna van alle bekende materialen.
Thorium heeft een zeer hoge elektronenemissie. Het wordt gebruikt in gloeidraden van elektronenbuizen en van kwikdamplampen met een hoog vermogen, en is ook te vinden in gloeikousjes van (camping)gaslampen.
91. Protactinium (Pa)
Atoommassa 231,04 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d2 7s2
Het heeft een proton méér dan thorium en staat dus een positie hoger in het periodiek systeem. Opmerkelijk genoeg heeft het een lager atoomgewicht dan Thorium (232,04 u), omdat de meest voorkomende isotopen minder neutronen in hun kern hebben dan thorium.
Vrijwel al het natuurlijke protactinium is het onstabiele isotoop 231Pa, een vervalproduct van de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met een halveringstijd van 4,5 miljard jaar.
92. Uranium (U)
Atoommassa 238,03 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f3 6d1 7s2
Het uranium-238 dat op Aarde voorkomt is gevormd door nucleosynthese in supernova’s. (opbouw van zwaardere uit lichtere atomen en het ontstaan van hun isotopen)
De nucleaire toepassingen en de natuurlijke radioactiviteit hebben uranium tot een element gemaakt dat tot de verbeelding spreekt. Dit zwaarst bekende natuurlijk voorkomende metaal is niet bijzonder zeldzaam. De meest bekende toepassing van uranium is het gebruik als ‘brandstof’ voor kernreactoren, als verrijkt uranium. Voor het op gang houden van een kettingreactie is een hoger percentage van het andere isotoop van uranium 235U noodzakelijk. Het bereiken van een hoger percentage wordt ‘verrijken’ genoemd. Uranium dient ook als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling. Eveneens wordt het zware metaal gebruikt als contragewicht in vliegtuigen (uiteraard verarmd uranium, een afval product). Uranium heeft namelijk een hoge dichtheid: een kubieke decimeter (een liter) weegt meer dan negentien kilo, dat is bijna twee keer zoveel als lood.
Ontdekking
Uranium werd in 1789 ontdekt in het mineraal uraniet, bekend als pekblende.
De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de VS aan het begin van de 20e eeuw. Er werd naar radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop 235U ontdekt. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy. Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.
Gyrokompas
Bij de navigatie van schepen maakt men gebruik van een gyrokompas. Daarin bevindt zich een zeer snel draaiende tol (6.000 – 24.000 omwentelingen per minuut), waarvan de as zich richt naar de aardas. Een tol met een grote traagheid maakt het kompas minder gevoelig voor de bewegingen van het schip. Daarom wordt materiaal gebruikt met een zeer grote dichtheid, zoals verarmd uranium.
Transurane elementen
De elementen na uranium, dus vanaf neptunium (93), komen niet van nature op Aarde voor, maar alleen als vervalproducten of worden via nucleaire technieken ‘gesynthetiseerd’. Alle transuranen zijn radioactief met halfwaardetijden die veel korter zijn dan de leeftijd van de Aarde (4,5 miljard jaar), dat wil zeggen dat zij op Aarde al lang vervallen zijn. Zij worden echter wel voortdurend in het heelal aangemaakt gedurende bepaalde astronomische gebeurtenissen, zoals in supernova’s.
Twee van deze transuranen zal ik benoemen.
94. Plutonium (Pu)
Atoommassa 239,05 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f6 7s2
De totale aardse hoeveelheid plutonium van werkelijk natuurlijke oorsprong wordt geschat op enkele grammen. Daarentegen zijn vele honderden tonnen plutonium door de mens geproduceerd, speciaal voor de vervaardiging van kernwapens. Het testen van kernbommen heeft vele duizenden kilo’s in de aardse atmosfeer gebracht. Plutonium ontstaat ook als bijproduct in reguliere kernreactoren.
118. Oganesson (Og)
Orbitaal [Rn] 5f14 6d 10 7s27p6
Van het (voorlopig) laatste element van het periodiek systeem zijn slechts een paar exemplaren ooit ‘gezien’. Element 118 is het zwaarste van alle bekende elementen en het meest recente ontdekte element.
Nieuw elementen
Mijn verdiepingen 