2019; het jaar van het periodieke systeem

In ieder scheikundelokaal hangt er wel één aan de muur: een periodiek systeem. Het is dé basis van de scheikunde, en misschien wel het meest bekende symbool voor iedereen die ooit iets met chemie heeft gedaan. Ter ere van het 150 jarige bestaan heeft IUPAC 2019 uitgeroepen tot het Internationaal Jaar van het Periodiek Systeem.
 
Alle gewone materie in het heelal (uitgezonderd de donkere materie) bestaat uit chemische elementen. Het is pas 150 jaar geleden (op 17 februari 1869) dat er een logisch systeem werd ontwikkeld om deze elementen te classificeren: het Periodiek Systeem der Elementen.

Eerder al hadden Britse, Franse en Duitse wetenschappers geprobeerd om een systeem op te zetten om de toen bekende elementen te rangschikken. Op die bewuste 17e februari laat een jonge Russische chemicus van de universiteit van Sint -Petersburg 200 kopieën maken van een artikel dat hij onder vakgenoten wil verspreiden.  “Een poging tot een systeem van de elementen”, heeft Dmitri Ivanovitsj Mendelejev boven het vel papier gezet. Hij was het die de eerste uitgebreide rangschikking maakte van de elementaire realiteit van de toen bekende 63 elementen op basis van atoomgewicht. Intussen is het uitgebreid en anders vormgegeven. Ook Mendelejev zelf heeft er sindsdien nog aan gesleuteld. 

Nu is het een icoon van het vak, misschien wel het bekendste beeld uit de wetenschap. Alle elementen uit de natuur, van waterstof en helium tot uranium (en tegenwoordig nog verder), zijn op een grote kaart geordend. Netjes op volgorde van hun gewicht, terwijl de elementen met vergelijkbare eigenschappen onder elkaar staan. Als je weet hoe het ene element zich in een chemische reactie gedraagt, ken je het gedrag van de hele kolom. Het periodiek systeem laat in één oogopslag de orde van de chemie zien. Anders dan eerdere systemen deed Mendelejev iets ongehoords met zijn Systeem. Hij liet ruimte over in zijn tabel voor elementen op basis van voorspelbare atoommassa’s en chemische eigenschappen. Ruimte dus voor elementen die nog ontdekt moesten worden. Toen in 1875 het bestaan van gallium werd aangetoond dat precies in het gat onder aluminium paste en in de jaren daarna scandium en germanium ander hiaten vulden, was het pleit beslecht. Mendelejev was de uitvinder.

Na de gloriejaren waarin de gaten in het systeem op de door Mendelejev voorspelde manier werden opgevuld, verschijnen de eerste barsten. Dat begint met de zogeheten zeldzame aarden. Daar zijn er rond 1870 vijf van bekend en Mendelejev heeft de 
grootste moeite ze in zijn systeem te persen. Dat wordt er niet beter op als in de daaropvolgende decennia nóg een hele reeks van die zeldzame aarden wordt ontdekt. Nijpend wordt het als in 1894 de Schot William Ramsay een geheel nieuw element ontdekt; Argon . De naam is afgeleid uit het Griekse woord voor inactief en past helemaal niet in Mendelejevs straatje. 

Zijn systematiek is immers deels gebaseerd op de reactiviteit van de elementen en dit argon, een edelgas, zeggen wij nu,  doet helemaal niks. Het is geen element, verweert hij zich. Argon is volgens hem een molecuul dat is opgebouwd uit drie stikstofatomen, naar analogie van ozon dat uit drie zuurstofatomen bestaat. Maar in 1895 komt Ramsay met een nieuw edelgas aanzetten, helium. En in de jaren daarna volgen xenon, krypton en neon. Mendelejev laat zich overtuigen. Niet in de laatste plaats omdat hij inziet dat hij zijn systeem kan redden door er een extra kolom aan toe te voegen.

Het tij is echter gekeerd. Nieuwe fenomenen zoals radioactiviteit of het elektron zagen verder aan de poten van het systeem. De integriteit van Mendelejevs visie staat bij iedere ontdekking op het spel. Het element blijkt geen onwrikbare bouwsteen maar is zelf weer opgebouwd uit kleinere steentjes.

De kaart met het periodiek systeem heeft nog wel zijn pedagogische waarde. Het systeem heeft de moderne chemie zeker vooruit geholpen, maar het is er niet de voorbode van gebleken. Daarvoor is het te zeer geworteld in Mendelejevs geloof in het bestaan van individuele elementen. Het systeem hoort bij de chemie van de negentiende eeuw. Sterker nog, het kon niet anders dan aan het eind van die eeuw worden ontdekt. 

De ontwikkeling van dit Periodieke Systeem der Elementen is een interessant verhaal waarbij duidelijk wordt hoe bevlogen en excentriek Mendelejev was.