Periodiek systeem

Letters die de materie vormen

Bekijk de video:

Letters die materie vormen



De tekst van deze video vind je verderop op deze pagina.

Atomen

Je weet al waar atomen uit zijn opgebouwd:
Een atoom heeft een kern. De kern bestaat uit protonen (positief geladen) en neutronen (die hebben geen lading).
Protonen en neutronen zijn ongeveer even zwaar.
Om de kern heen bevinden zich de elektronen. Elektronen hebben een negatieve lading en zijn veeeeel kleiner en veeeeel minder zwaar dan protonen en neutronen.

De afbeelding hier onder geeft een schematische weergave van een atoom. Dit is een model van een atoom. De afstanden en grootte van de elektronen, protonen en neutronen zijn niet op schaal getekend.



Een atoom heeft evenveel elektronen als protonen. Het aantal elektronen is dus gelijk aan het aantal protonen.
Als een atoom één of een paar elektronen heeft weggegeven of van een ander atoom heeft ingepikt, heeft dat atoom een lading gekregen. Dan noem je het geen atoom meer, maar een ion.

Er bestaan ruim 100 verschillende atomen. Met die 100 atomen kunnen we alle stoffen maken.
Elk atoomsoort heeft zijn eigen afkorting gekregen. De belangrijkste moet je kennen en uit je hoofd leren:

H	waterstof	Ne	neon	K	kalium
He	helium	Na	natrium	Ca	calcium
Li	lithium	Mg	magnesium	Br	broom
Be	beryllium	Al	aluminium	I	jood
B	boor	Si	silicium	Fe	ijzer
C	koolstof	P	fosfor	Ag	zilver
N	stikstof	S	zwavel	Pb	lood
O	zuurstof	Cl	chloor	Cr	chroom
F	fluor	Ar	Argon	Au	goud

Alle atomen zijn in een schema gezet. Dat is het periodiek systeem.
In het periodiek systeem staan de atomen gerangschikt van licht naar zwaar.
Atomen die in dezelfde kolom staan (dus boven en onder elkaar) hebben eigenschappen die op elkaar lijken.

Bekijk het periodiek systeem op periodieksysteem.com

De stoffen die in het periodiek systeem staan, noemen we elementen.
Voorbeeldzin: het element koolstof komt voor in benzine en in aardgas.
Er zijn nog enkele woorden waarvan je moet weten wat we er mee bedoelen:

periode	Een horizontale regel van het periodiek systeem. Elementen die in het periodiek systeem naast elkaar staan, zitten in dezelfde periode.
groep	Een vertikale kolom in het periodiek systeem. Elementen die onder elkaar staan, zitten in dezelfde groep. Elementen in dezelfde groep hebben eigenschappen die op elkaar lijken.
atoomnummer	Het volgnummer van het element. Dit is ook het aantal protonen in de kern van dat element. Het atoomnummer van Calcium is 20. Calcium staat dus op plaats 20 in het periodiek systeem. Calcium heeft 20 protonen in de kern.
massagetal	Het aantal protonen en neutronen bij elkaar opgeteld. Massagetal = aantal protonen + aantal neutronen.
atoommassa	De gemiddelde massa van de atomen. De atoommassa is ongeveer hetzelfde als het massagetal, dus het aantal protonen + neutronen.

Het aantal protonen in de kern van een atoom bepaalt het soort element.
Helium heeft atoomnummer 2. Helium heeft dus 2 protonen in de kern. Alle atomen met 2 protonen in de kern, zijn helium-atomen.
Zuurstof heeft atoomnummer 8. Zuurstof heeft dus 8 protonen in de kern. Alle atomen met 8 protonen zijn zuurstofatomen.

Het massagetal van Kalium is 39. Als je het aantal protonen en neutronen bij elkaar optelt, moet je op 39 komen.
Kalium heeft atoomnummer 19, dus er zijn 19 protonen in de kern. Dan zijn er 39 - 19 = 20 neutronen in de kern.

Ontwikkeling van het periodiek systeem

Bekijk de video Science Topics: Het periodiek systeem. Over de ontdekking van atomen en de ontwikkeling van het periodiek systeem.

Elektronen

Elektronen vliegen om de kern. Elektronen mogen echter niet zelf bepalen waar ze vliegen. Elektronen mogen alleen maar op bepaalde afstanden van de kern bewegen.
Dicht bij de kern is maar plaats voor 2 elektronen.
Iets verder van de kern af, kunnen maximaal 8 elektronen vliegen.
Nog verder van de kern vandaan, is er ruimte voor 18 elektronen.
Waar elektronen wel mogen komen, noemen we een elektronenschil, of schil.
De eerste schil is vol als er twee elektronen in zitten, de tweede schil is vol als er 10 elektronen in zitten en de derde schil is vol als er 18 elektronen in zitten.

Als voorbeeld het atoom aluminium.
Aluminium heeft atoomnummer 13. Aluminium heeft dus 13 protonen in de kern. Daaromheen cirkelen 13 elektronen.
Twee atomen bewegen dichtbij de kern. Acht elektronen bewegen verder weg en nog verder weg bewegen drie elektronen.

Hieronder een schematische tekening van een atoom Aluminium. Je ziet dat de elektronen over drie schillen zijn verdeeld:



Atomen zijn het meest stabiel (en dat willen ze graag, net zoals water graag naar beneden stroomt) als een elektronenschil precies gevuld is. Atomen zullen dus hun best doen om precies 2 of 10 of 28 elektronen te hebben, want dan zijn hun elektronenschillen netjes vol.

De volgende video gaat over de ontwikkeling van het periodiek systeem. Ook over de eigenschappen van elementen en elektronenschillen.

Moleculen

Een molecuul bestaat uit een aantal atomen die aan elkaar gekoppeld zijn.

Enkele voorbeelden:

Een zuurstofmolecuul bestaat altijd uit twee zuurstofatomen die elkaar 'vasthouden'.
Een watermolecuul bestaat uit 1 zuurstofatoom en 2 waterstofatomen.
Een aardgasmolecuul bestaat uit 1 koolstofatoom en 4 waterstofatomen. Een aardgasmolecuul heet methaan.
Een zoutmolecuul bestaat uit 1 chlooratoom en 1 natriumatoom. Een zoutzuurmolecuul bestaat uit 1 chlooratoom en 1 waterstofatoom.
Een zwavelzuurmolecuul bestaat uit 2 waterstofatomen, 1 zwavelatoom en 4 zuurstofatomen. Een molecuul octaan, het hoofdbestanddeel van benzine, bestaat uit 8 koolstofatomen en 18 waterstofatomen. Een molecuul koolstofdioxide bestaat uit 1 atoom koolstof en twee atomen zuurstof.

Een molecuul bestaat dus altijd uit meer dan 1 atoom.
Door atomen op verschillende manieren aan elkaar vast te maken, ontstaan verschillende stoffen.
Er zijn miljoenen manieren om atomen aan elkaar te koppelen. Er bestaan dus ook miljoenen verschillende stoffen.

Letters die de materie vormen

Tekst bij de video:

Van lood goud maken. Je zou kunnen zeggen, dat scheikunde is ontstaan doordat mensen dat gingen proberen.
En eigenlijk is dat ook helemaal niet zo'n gek idee, want lood en goud staan behoorlijk dicht bij elkaar in het Periodiek Systeem van de Elementen.
Iedereen heeft zo'n tabel wel eens zien hangen in het scheikundelokaal, maar wat is dat nou precies?
Om dat te begrijpen gaan we terug in de tijd.
In de Oudheid is men er heilig van overtuigd, dat alles is opgebouwd uit een combinatie van water, lucht, vuur, aarde en ether.
En eeuwenlang wordt hier niet aan getwijfeld.
Maar in de 18de eeuw ontdekt de Fransman Lavoisier dat dit niet klopt.
Hij ontdekt namelijk, dat water is op te splitsen in nog kleinere elementen, namelijk in waterstof en zuurstof.
En hetzelfde geldt voor lucht, dat blijkt op te splitsen in zuurstof en stikstof.
En hiermee is het bestaan van de elementen als bouwstenen van de wereld bewezen.
In 1869, een eeuw later dus, heeft de Russische wetenschapper Mendelejev een bijzondere droom: hij droomt over een tabel met daarin alle elementen.
En die nacht is het Periodiek Systeem geboren.
Een tabel die alle verschillende elementen ofwel atomen rangschikt.
Je kunt het vergelijken met het alfabet: zoals je met die 26 letters alle 5 miljoen Nederlandse woorden kunt maken, zo kun je met de pakweg 100 elementen uit het Periodiek Systeem alle 20 miljoen soorten moleculen maken.
Je kunt met deze elementen dus alle materie bouwen.
Het Periodiek Systeem is dus eigenlijk het alfabet voor ons hele universum.
Neem bijvoorbeeld water: ik zou schrijven w a t e r, maar scheikundigen schrijven H₂O, want dat molecuul bestaat uit waterstof, H, en zuurstof, O.
En om precies te zijn uit twee atomen waterstof en één atoom zuurstof.
En de vergelijking met het alfabet gaat overigens nog verder, want net zoals letters in woorden kun je atomen niet in een willekeurige volgorde achter elkaar plakken.
In zijn tabel heeft Mendelejev de elementen met oplopende massa naast elkaar gezet, ze worden dus steeds zwaarder.
En dat is nog niet alles: hij heeft de tabel zo gemaakt, dat elementen met dezelfde eigenschappen precies onder elkaar terecht zijn gekomen.
En dit noemen we groepen.
Het bijzondere is ook, dat het Periodiek Systeem niet alleen beschrijvend, maar ook voorspellend werkt.
Je kunt dus aan de hand van de tabel voorspellen of en zo ja, hoe bepaalde elementen met elkaar zullen reageren.
Van lood goud maken: dat kunnen we inmiddels!
Alleen we doen het niet zo vaak en waarom?
Tja, omdat het meer geld kost dan dat het goud oplevert.
Maar het kan dus wel.

Verdieping

Atomen en kwantummechanica:

The Periodic Table Song

Als je dit lied helemaal mee kunt zingen, ken je alle elementen in de volgorde van het periodiek systeem.



Tekst bij de video:

There's Hydrogen and Helium
Then Lithium, Beryllium
Boron, Carbon everywhere
Nitrogen all through the air

With Oxygen so you can breathe
And Fluorine for your pretty teeth
Neon to light up the signs
Sodium for salty times

Magnesium, Aluminium, Silicon
Phosphorus, then Sulfur, Chlorine and Argon
Potassium, and Calcium so you'll grow strong
Scandium, Titanium, Vanadium and Chromium and Manganese

CHORUS
This is the Periodic Table
Noble gas is stable
Halogens and Alkali react agressively
Each period will see new outer shells
While electrons are added moving to the right

Iron is the 26th
Then Cobalt, Nickel coins you get
Copper, Zinc and Gallium
Germanium and Arsenic

Selenium and Bromine film
While Krypton helps light up your room
Rubidium and Strontium then Yttrium, Zirconium

Niobium, Molybdenum, Technetium
Ruthenium, Rhodium, Palladium
Silver-ware then Cadmium and Indium
Tin-cans, Antimony then Tellurium and Iodine and Xenon and then Caesium and...

Barium is 56 and this is where the table splits
Where Lanthanides have just begun
Lanthanum, Cerium and Praseodymium

Neodymium's next too
Promethium, then 62's
Samarium, Europium, Gadolinium and Terbium
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium
Ytterbium, Lutetium

Hafnium, Tantalum, Tungsten then we're on to
Rhenium, Osmium and Iridium
Platinum, Gold to make you rich till you grow old
Mercury to tell you when it's really cold

Thallium and Lead then Bismuth for your tummy
Polonium, Astatine would not be yummy
Radon, Francium will last a little time
Radium then Actinides at 89

REPEAT CHORUS

Actinium, Thorium, Protactinium
Uranium, Neptunium, Plutonium
Americium, Curium, Berkelium
Californium, Einsteinium, Fermium
Mendelevium, Nobelium, Lawrencium
Rutherfordium, Dubnium, Seaborgium
Bohrium, Hassium then Meitnerium
Darmstadtium, Roentgenium, Copernicium

Ununtrium, Flerovium
Ununpentium, Livermorium
Ununseptium, Ununoctium
And then we're done!!

---

---