Eivind Torgersen: Hele verden i lomma

Hele verden i lomma

eivind torgersen

hele verden i lomma bli kjent med de 118 grunnstoffene

Hele verden i lomma © Spartacus Forlag AS, 2019 Omslagsdesign: Kjetil Waren Johnsen / Wisuell Design Bokdesign og illustrasjoner: Anja Hauger Ratikainen, Spartacus Forlag AS For- og baksats: Anja Hauger Ratikainen Satt med Garamond Premier Pro 11/13,2 Trykk: Nørhaven Printed in Denmark isbn 978-82-430-1213-4

Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller i strid med avtaler inngått med KOPINOR.

SPARTACUS FORLAG AS Pb. 6673 St. Olavs plass 0129 OSLO www.spartacus.no

Innhold Grunnstoffene – de minste byggeklossene Dette betyr faktaene om grunnstoffene Hydrogen–litium Alkalimetaller – de likeste av alle Beryllium–fluor Edelgasser – grunnstoffenes nirvana Neon–natrium Jordalkalimetaller – av jord er du kommet Magnesium–svovel Halogener – de lager jordens salt Klor–kalsium Overgangsmetaller Andre metaller Halvmetaller Ikke-metaller Scandium–nikkel Hvor kommer grunnstoffene fra?

Kobber–brom Isotoper – et blyatom er ikke et blyatom Krypton–kadmium Det periodiske system – sånn funker det Indium–barium Lantanoider

7 12 14–19 20 24–35 36 40–43 44 46–55 56 58–65 66 68 68 69 70–85 86 88–101 102 106–131 132 136–151 152

Lantan–europium Atomet – langt fra udelelig Gadolinium–lutetium Hvor stort er et atom?

Hafnium–vismut Radioaktivitet Polonium–radium Actinoider Actinium–lawrencium Supertunge grunnstoffer Rutherfordium–oganesson Er systemet fullt eller kommer det flere?

Litteraturliste Alfabetisk register

154–167 168 172–187 188 190–213 214 216–225 226 228–257 258 260–274 275 277 280

Grunnstoffene – de minste byggeklossene Da jeg var liten, elsket jeg å bygge lego. I timevis kunne jeg sitte på knærne foran haugen med byggeklosser og sette dem sammen til omtrent hva jeg ville. Noen biter var små, andre store. Noen var korte, noen lange – noen var flate og glatte. De var røde, hvite, blå og gule. De fleste var firkantete, men det fantes også runde og trekantete. Noen kunne brukes til nesten hva som helst, andre hadde mer spesialiserte bruksområder – de var laget for å være vinduer, hjul eller hoder til de små legofigurene.

Jeg lagde biler, båter, hus, hytter, slott og utedoer. Jeg lagde mennesker. Jeg lagde byer de kunne bo i. Fra noen elementære byggeklosser kunne jeg bygge hele verdener.

Klosser som i konstruksjonstegningen hadde én bestemt oppgave, kunne i et fantasifullt barnehode endre egenskaper og bli til noe helt annet.

På lignende vis, men i en helt annen og mye mindre skala, er alt rundt oss satt sammen av grunnstoffer, de grunnleggende bestanddelene. Det er oppdaget 118 av dem, men bare rundt 90 finnes i naturen rundt oss. I alle sine uendelig mange kombinasjoner utgjør de verden slik vi kjenner 7

den. Atomer av ett grunnstoff kobler seg sammen med atomer av andre grunnstoffer, og sammen både ser de ut og oppfører seg annerledes enn de gjør alene.

Slik et barn tar ting fra hverandre og setter dem sammen på nye måter, drives vitenskapen videre ved at forskere løser opp forbindelser og lager nye. Kjente materialer deles opp i mer grunnleggende bestanddeler og settes nysgjerrig sammen i nye kombinasjoner som kanskje kan være mer effektive eller vise seg å ha andre nyttige egenskaper.

Noen av grunnstoffene gjør nytte for seg i ren form, men det er i kjemiske forbindelser med andre grunnstoffer de virkelig viser hva de er gode for. Det myke sølvhvite metallet natrium blir sammen med den gulgrønne gassen klor til natriumklorid, vanlig bordsalt. Kobber er ikke spesielt hardt, men blandet med enda mykere tinn får vi den harde legeringen bronse. Dette er enkle kombinasjoner.

Det meste av verden er satt sammen gjennom langt mer kompliserte byggetegninger.

Karbon finnes i ren form som diamant og grafitt. Begge er fine i seg selv, men det såkalte karbonkretsløpet er jo mye mer imponerende. Ved å binde seg til nye grunnstoffer i nye kombinasjoner beveger karbonatomene seg fra luft til planter, videre til dyr og mennesker, ut i atmosfæren og ned igjen på jorda. Karbon er ett av de snaut 30 grunnstoffene som er nødvendige for livet på jorda.

En smarttelefon kan inneholde dobbelt så mange forskjellige grunnstoffer. Det er fordi forskere og ingeniører hele tiden prøver å sette sammen grunnstoffene på nye 8

måter. Slik framstiller de materialer og substanser som har enda bedre egenskaper. De tilsetter litt av ditt, litt av datt for å se hva de nye blandingene kan brukes til.

Det er nesten ufattelig at alt i hele verden er bygget opp av disse grunnleggende byggeklossene. At de omtrent 90 grunnstoffene som finnes naturlig i en eller annen form her på jorda, inngår i utallige forbindelser som blir til jord, luft og vann, planter, dyr, mennesker og andre organismer.

Det er nesten like fascinerende at det går an å lage nye grunnstoffer på kunstig vis i avanserte laboratorier, som er tilfellet med nesten 30 av grunnstoffene som er oppdaget.

Lenge trodde forskerne at uran, nummer 92, skulle være det siste grunnstoffet i det periodiske system. Uran er det tyngste grunnstoffet som finnes naturlig på jorda.

Men fra slutten av 1930-tallet har ny teknologi gjort det mulig å framstille enda tyngre grunnstoffer i laboratoriet.

Alle de siste grunnstoffene i periodesystemet er oppdaget på denne måten.

Men hva er egentlig et grunnstoff ? De gamle grekernes fire elementer jord, ild, luft og vann ble lenge sett på som det alt var satt sammen av. Først på slutten av 1700-tallet klarte forskerne se grunnstoffenes sanne natur og lage en definisjon som minner om dagens. Da ble et grunnstoff definert som en substans som ikke kunne splittes i mer grunnleggende substanser.

Den moderne definisjonen sier at et grunnstoff er et rent stoff hvor alle atomene har samme atomnummer.

9

Atomnummeret forteller hvor mange protoner det er i kjernen. Alle hydrogenatomer har ett proton i kjernen, og hydrogen har derfor atomnummer 1. Karbon er nummer 6 fordi det har seks protoner i kjernen. Jern med sine 26 protoner, har atomnummer 26.

Selv om jeg er blitt voksen og ikke lenger setter meg alene foran haugen med legoklosser, er jeg ikke vanskelig å be.

Både egne og andres barn har måttet tåle at jeg blir i overkant ivrig når de spør om jeg vil være med. Klossene finnes i langt flere varianter nå enn de gjorde på 1970-tallet.

Likevel er utvalget begrenset til dem vi har foran oss. Disse kan vi prøve ut i ulike kombinasjoner og med fantasien til hjelp lage hva vi vil.

Slik naturen har formet stein og jord, blomster og trær, mygg, fluer, hunder, katter og mennesker. Og slik forskere og ingeniører finner opp stadig nye ting ved å sette sine byggeklosser, grunnstoffene, sammen på nye måter. Er det rart jeg elsker grunnstoffene? Med alle sine særheter og likheter, med sine unike egenskaper og muligheter for å binde seg til andre, er det nesten ikke grenser for hva vi kan gjøre med dem. Forskerne må bare, og blir hele tiden, enda bedre kjent med dem. Fortsatt holder grunnstoffene noen hemmeligheter skjult oss.

I denne boka får alle grunnstoffene vist seg fram i all sin sjarmerende egenart. Hvordan de ser ut, hva de brukes til, om de er lette eller tunge, faste, flytende eller svevende.

Hvordan de fikk navnet sitt og hvem som oppdaget dem.

Noen er veldig nyttige, andre kan nesten ikke brukes til 10

noe som helst. Noen er livsviktige, andre er livsfarlige.

Noen er begge deler.

Kanskje finner du en favoritt du blir spesielt begeistret for. Det er lov. Men husk alltid at det er sammen de er sterkest. Det er sammen de har bygget både deg og alt du ser rundt deg – alt du eier, alt du ønsker deg. Alt og alle du er glad i er satt sammen av grunnstoffene du kan lese om på de kommende sidene. Det er lett å bli glad i dem. Når du bare blir kjent med dem.

Eivind Torgersen

11

Dette betyr faktaene om grunnstoffene På de følgende sidene finner du alt du trenger å vite om alle de 118 grunnstoffene. Og kanskje litt til. Blant annet får du vite dette: Gruppe: Følger anbefalingen fra Den internasjonale unionen for ren og anvendt kjemi (IUPAC) med 18 grupper pluss lantanoider og actionoider.

Atomvekt: På fagspråket kalles det relativ atommasse.

Det angir den gjennomsnittlige atommassen til grunnstoffet slik det forekommer i naturen. Måleenheten kalles u, og 1 u tilsvarer en tolvdel av massen til et karbon-12atom.1 u er 1,66 yoktogram (kvadrilliondel eller millionmilliardmilliarddels gram). Når tallet står i klammer, betyr det at det ikke finnes stabile isotoper av det.

Smeltepunkt: Angir temperaturen der et stoff går fra fast stoff til flytende.

Kokepunkt: Angir temperaturen der et stoff går fra flytende til gass.

12

Tetthet: Angir masse per volumenhet. Jeg har valgt å bruke liter som volumenhet og angir vekt i gram eller kilo avhengig av hva jeg synes er mest hensiktsmessig. Hvis du synes det er vanskelig å se for deg en liter metall, kan du heller tenke på en melkekartong eller en terning på 10 ganger 10 ganger 10 centimeter. Det er det samme som en liter. 1 liter vann veier nøyatig 1 kilo.

I kroppen: Utgangspunktet er en voksen person på 70 kilo.

I jordskorpa: Angis i prosent, tusendeler, milliondeler osv. avhengig av hva jeg synes er mest hensiktsmessig.

13

1

H

Hydrogen Gruppe: 1, ikke-metall Atomvekt: 1,008 Smeltepunkt: –259 °C Kokepunkt: –253 °C Tetthet: 0,082 gram per liter I kroppen: 7 kg I jordskorpa: 0,15 prosent Oppdaget av Henry Cavendish i 1766.

Navnet er satt sammen av greske hydro og genes og betyr «som lager vann» eller «vanndanner».

14

Forekomst og bruk Hydrogen er en fargeløs gass ved romtemperatur. Siden vann inneholder hydrogen, er tilgangen på dette grunnstoffet nærmest ubegrenset. Hydrogen er essensielt for livet på jorda og er mye brukt i kjemisk industri. Det meste av hydrogenet som benyttes kommersielt, utvinnes fra naturgass. ¾ av alle atomer Hydrogen utgjør 75 prosent av alle atomene i hele universet.

Dette var de første atomene som ble dannet etter big bang.

Inne i sola, der temperatur og trykk er svært høyt, omdannes 600 millioner tonn hydrogen til helium hvert sekund.

Dødelige luftskip Mer enn 250 mennesker omkom i ulykker med hydrogenfylte luftskip mellom første og andre verdenskrig. Tyske «Hindenburg» er den mest kjente, men ulykken til den franske «Dixmude» var den verste i antall tapte menneskeliv med sine 50 døde.

Styrtrik eksentrikerteness Det er engelskmannen Henry Cavendish som blir gitt æren for å ha oppdaget hydrogen i 1766. Cavendish var en av Englands rikeste menn, men tilbrakte det meste av sin tid i laboratoriet sitt. Han skal ha vært både klønete og utilpass i sosiale sammenhenger. I 2009 prøvde forskere å stille en diagnose basert på det som finnes av biografier og beskrivelser av Cavendish. De konkluderte med at han høyst sannsynlig led av Aspergers syndrom.

15

2

He Helium

Gruppe: 18, edelgass Atomvekt: 4,0026 Smeltepunkt: –272 °C Kokepunkt: – 269 °C Tetthet: 0,164 gram per liter I kroppen: 0 I jordskorpa: 8 milliarddeler Oppdaget av William Ramsay i 1895.

Navn etter helios, det greske ordet for sola.

16

Forekomst og bruk Helium er en fargeløs og luktfri gass. Helium hentes ut av naturgass, som kan inneholde opptil 7 prosent helium.

De største produsentene er USA, Algerie og Russland.

Flytende helium brukes til å kjøle ned MR-skannere og vitenskapelige eksperimenter som produserer mye varme.

Stort i universet Helium er det nest vanligste grunnstoffet i universet.

Sammen med hydrogen utgjør helium 98 prosent av verdensrommet. I vår atmosfære er det bare en halv tusendel med helium. Selv om det hele tiden produseres helium når radioaktive grunnstoffer brytes ned i jordas indre, forsvinner det ut av atmosfæren når det slipper ut av jordskorpa. Helium reagerer nemlig ikke med noen andre grunnstoffer.

Kvaak-kvaak Donald-stemmen du får når du puster inn helium, skyldes at helium har mindre tetthet enn luft. Det fører til at lyden går tre ganger så fort gjennom helium.

Først observert på sola I 1868 reiste flere europeiske vitenskapsekspedisjoner til India for å observere en solformørkelse. Der ble helium observert rundt sola, men astronomene skjønte ikke at det var et nytt grunnstoff de så. Det tok nesten 30 år fra helium ble observert rundt sola til det ble isolert her på jorda.

17

3

Li Litium

Gruppe: 1, alkalimetall Atomvekt: 6,94 Smeltepunkt: 180,5 °C Kokepunkt: 1342 °C Tetthet: 0,53 kg per liter I kroppen: 7 mg I jordskorpa: 20 milliondeler Oppdaget av Johan August Arfvedson i 1817.

Navn fra lithos, gresk for «stein».

18

Forekomst og bruk Litium er et mykt, sølvhvitt metall. Litium er så ivrig etter å reagere med andre stoffer at det ikke finnes naturlig i ren form på jorda. Derfor utvinnes det meste fra litiumholdige mineraler. De største produsentene er Chile, Australia og Kina. Den viktigste anvendelsen er i oppladbare batterier til blant annet telefoner, PC-er, kameraer og elbiler.

Mot bipolaritet På verdensbasis bruker en halv million mennesker litium i behandlingen av bipolar lidelse. Det er foreløpig ikke helt klart hvorfor litium har denne effekten, men det modererer de største svingningene mellom ekstrem oppstemthet og dyp depresjon som er vanlig for disse pasientene. For mye litium kan være livstruende, så dosen må ikke være for stor.

Flyter Litium er det aller letteste av grunnstoffene som er faste i romtemperatur. Det er lettere enn vann og vil flyte. Men ikke så lenge, det begynner nemlig å frese og brenne i kontakt med vann.

Tidlig ute De første litiumatomene ble dannet allerede like etter big bang. Bare hydrogen og helium kan skryte av så gamle stabile atomer.

19