Het periodiek systeem boezemt menige leerling diep ontzag in. En terecht. Het bevat systematisch gerangschikt alle bouwstenen waaruit het heelal bestaat. Het gaat om ruim honderd elementen of atoomsoorten waarmee alle mogelijke stoffen gemaakt kunnen worden, zoals uit de 26 letters van het alfabet alle woorden van dit artikel zijn samengesteld.

Het is een belangrijk hulpmiddel om de chemie te doorgronden van welke stof dan ook. Of het nu gaat om zeldzame metalen in mobieltjes, het maken van ultralicht plaatstaal voor auto’s, medicijnen of sokken met nanozilver tegen zweetvoetenlucht: het toepassen van deze materialen vereist begrip van de eigenschappen van de atomen waaruit ze bestaan. De opbouw van het periodiek systeem geeft daar de handvatten voor.

Het periodiek systeem kwam niet uit de lucht vallen. Zoals van zo veel wetenschappelijke hulpmiddelen is de ontwikkeling een kwestie geweest van jaren; in dit geval zelfs van eeuwen.

De geschiedenis van het periodiek systeem gaat terug naar Demokritos van Abdera. Die beredeneerde het atoomconcept, volgens hem een „uiterst klein, ondeelbaar deeltje.” Deze Griekse wijsgeer kon zijn ideeën ruim 2400 jaar geleden niet toetsen, maar hij zat er niet ver naast.

Na het pionierswerk van Demokritos lag de ontwikkeling van de kennis van de chemische elementen eeuwenlang stil. Dat kwam voornamelijk door de invloedrijke Griekse filosoof Aristoteles. Hij introduceerde het idee dat alle dingen zijn ontstaan uit slechts vier elementen –aarde, lucht, water en vuur. Het werk van Aristoteles beheerste de natuurfilosofie tot na de middeleeuwen.

Pas in de 17e eeuw nam de Britse scheikundige Robert Boyle daar radicaal afscheid van en blies de chemie nieuw leven in. Met zijn boek ”The sceptical chemist” stak hij in 1661 de eeuwenoude definitie van Demokritos in een nieuwe jas.

Boyle kende aanvankelijk ongeveer dertig elementen, maar dat werden er snel meer. Door middel van experimenten konden scheikundigen ook andere atoomsoorten zuiver verkrijgen. Bijvoorbeeld magnesium, een stof die voorkomt in vuurpijlen maar ook in lichtmetalen velgen. Het dankt zijn naam aan het Griekse schiereiland Magnesia, waar veel magnesiumzouten in de bodem voorkomen. De Fransman Antoine Bussy slaagde er in 1831 als eerste in om het metaal zuiver in handen te krijgen door elektrolyse toe te passen op de zouten.

Het werd algauw een ratjetoe van elementen en van enige orde leek geen sprake. Toch viel het sommige scheikundigen op dat sommige elementen op dezelfde manier met andere stoffen reageerden. Ze waren bijvoorbeeld brandbaar of juist helemaal niet. De chemici ondernamen met wisselend succes een poging om de elementen onder te brengen in een allesomvattend systeem. Tot een echte doorbraak kwam het niet.

Ook de Rus Dmitri Ivanovitsj Mendelejev worstelde al enige tijd met een zinvolle rangschikking van de elementen. Een droom over zijn dienstplicht bracht hem het gouden idee: als officier vroeg hij alle soldaten tijdens een appel om de beurt hun naam te noemen. Het viel hem op dat om de acht soldaten een militair Kasanow heette. De ene was lang en de andere kort, maar ze hadden wel dezelfde naam gemeenschappelijk. De bronzen gong van zijn vestibule wekte hem uit zijn slaap.

Die ochtend schreef hij alle elementen op kaartjes en legde ze op volgorde van atoommassa. En wat bleek? Om de acht of om de achttien kaartjes kwam een element voor dat vergelijkbare chemische eigenschappen had. Die zette hij onder elkaar. Zo verkreeg hij groepen van bijvoorbeeld alkalimetalen –zoals lithium, natrium en kalium– en aardalkalimetalen –onder meer magnesium, calcium en strontium– elk met hun eigen bijzondere eigenschappen.

Soms klopte die regelmaat echter niet. De Rus besefte dat sommige elementen nog niet waren ontdekt en liet daarom vakken in zijn tabel leeg. Hij voorspelde bovendien de eigenschappen van deze onbekende elementen.

Mendelejev maakte in 1869 zijn systematische tabel wereldkundig op een bijeenkomst van het Russische Scheikundige Genootschap in Sint-Petersburg. Met zijn bruikbare systeem had bij de scheikundigen een grote dienst bewezen.

Na verloop van tijd werden ook de lege vakken opgevuld: scheikundigen ontdekten de ontbrekende elementen. Die hadden exact de eigenschappen die Mendelejev had voorspeld. Uiteindelijk telde het periodiek systeem 92 atoomsoorten, waarvan er 11 radioactieve eigenschappen bezaten.

Toch was de tabel daarmee niet af. Chemici vonden in restanten van ontplofte kernbommen de radioactieve elementen plutonium en neptunium. Met kernsplijtings- en kernfusiereacties maakten wetenschappers de kunstmatige elementen 95 tot en met 118, die elk een plaats kregen in de tabel, bepaald door hun eigenschappen.

Voor moderne scheikundigen is het periodiek systeem nog steeds een handig instrument. Het is niet nodig dat ze de chemische eigenschappen van elk element afzonderlijk uit het hoofd leren. Als ze weten in welke groep het element staat, kunnen ze de eigenschappen er eenvoudig uit afleiden.

Meer weten?

De Zwitserse chemicus Lucien F. Trueb zet in zijn boek ”Het periodiek systeem” (2010, ISBN 9789085712930, € 49,95) de feiten en anekdotes over de elementen gedetailleerd op een rij. Zo beschrijft hij wanneer de elementen zijn ontdekt, maar ook uit welke stoffen ze konden worden gemaakt met welk type chemische reactie.

Daarnaast laat hij zien hoe elk element zijn naam heeft gekregen. Naar eigen zeggen waagt hij een poging om de lezer „een volledig overzicht te geven van de elementen, de ruim honderd bouwstenen van onze wereld.”