Het elementaire bewustzijn

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem

Op de animatie is duidelijk de opbouwende grootte te zien van de elementen. Negatief geladen elektronen worden ingevangen door het atoom. De negatief geladen elektronenwolk rond de kern compenseert de positieve lading van de kern zodat het atoom als geheel elektrisch neutraal is.

Elektronenschillen zijn denkbeeldige banen om een atoomkern waarin zich de elektronen bevinden. De verdeling van de elektronen over de elektronenschillen wordt de elektronenconfiguratie genoemd, en voor elk element typerend. Deze configuratie geeft aan hoe de elektronen verdeeld zijn in banen rondom de kern van het atoom. Valentie-elektronen zijn de elektronen die zich bevinden in de buitenste schil van de elektronenwolk van een bepaald atoom. Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen.

Als in de elektronensamenstelling van een element slechts één elektron wordt opgenomen verandert de samenstelling van de elektronen zodanig, dat er een ander element ontstaat: Elektronen ontstaan als protonen of neutronen vervallen. vervalprocessen-alfa-beta-ga…
Een neutron kan vervallen tot een proton en een elektron. Het atoomnummer is door het extra proton groter geworden
. Dit is overigens hoe de opbouw van het hele periodiek systeem verloopt.

De eerste twee elementen ga ik wat ruim uitlichten, omdat waterstof en helium de twee oer-atomen zijn, 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, weer vele honderden miljoenen jaren later, zegt iets over de vorming van elementen tijdens de explosie van een supernova. In type Ia supernovae, 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.

1. Waterstof (H)

Waterstof

Atoomstraal 37 picometer = 37 miljardste mm. Atomaire massa 1,007 u.
u = atomic mass unit = het gewicht van het aantal protonen en neutronen samen (elektronen wegen amper iets).
De massaeenheid wordt gedefinieerd als 1/12 van de massa van één koolstof-12atoom
met het minuscule gewicht van 10−27 kg
Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Bijna negen van de tien atomen in het universum zijn waterstofatomen.
1 Valentie-elektron orbitalen 1s1
Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen.
Het atoom wordt schematisch weergegeven, dus de valentie-elektronen kunnen niet op hun denkbeeldige banen worden weergegeven
Gerelateerde afbeelding

Rivieren vol waterstof stromen door de ruimte

Waterstof is het eenvoudigste van alle elementen met slechts één proton en één elektron. 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)

Helium
Atoommassa
4,0026 u
0 Valentie-elektronen // Orbitaal 1s2
Edelgassen gaan nauwelijks verbinding aan met enig ander element, vandaar geen valentie-elektronen. 

Video totale-zonsverduistering-21-augustus-2017-chilly-idaho-usa.

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…..). Het waren de allereerste momenten waarin vooral waterstof en helium ontstonden en een beetje zwaardere waterstoffen de isotopen deuterium en lithium.
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.


Het element Helium (He) is het eerst ontdekt in de Fraunhoferlijnen van de zon. Ook Waterstof (H), Koolstof(C), Stikstof(N), Zuurstof(O) en IJzer(Fe) zijn in deze lijnen zichtbaar en dus aanwezig als elementen in de Zon.

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.

Bij kernfusie smelten lichte kernen samen tot zwaardere. Daarbij komt enorm veel energie vrij.
  • 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)

Lithium
Atoommassa
6,941 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s1 = 1s2+ 2s1
t/m Neon wordt de configuratie verkort weergegeven door te beginnen met conf. van Helium (He = 1s2 )
Lithium paraffin.jpg

Lithium is een metaal met een dichtheid van slechts de helft van die van water, maar omdat het zo reactief is moet het metaal in olie bewaard worden
The metal lithium-and-water.

Lithium behoort tot de alkalimetalen die over het algemeen zeer reactief zijn, lithium echter is het mist 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.

De winning van lithium-“erts” uit pekel (extreem zout water) is in de meeste gevallen economisch rendabeler dan uit vast erts uit de mineralen lepidoliet, spodumeen, petaliet en amblygoniet die lithiumverbindingen hebben. Het is dus effectiever om zoutvlaktes te verdampen.
Het natriumchloride, dat slechter oplosbaar is dan lithiumchloride, slaat deels neer en wordt afgevoerd. Met de overgebleven vloeistof met daarin nog steeds opgelost het lithiumchloride wordt het proces herhaald. Door dit proces enkele malen te herhalen wordt de zoutoplossing steeds geconcentreerder en schuift de verhouding natrium/lithium in de oplossing steeds meer op in de richting van lithium

Chile’s salt flat
Op satellietbeelden zijn de bassins op een zoutvlakte zichtbaar, waarin zout water verdampt en de grondstof lithium overblijft.
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)

Beryllium
Atoommassa
9,0122 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2

Beryllium is het lichtste lid van de familie van aardalkalimetalen. 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.

Beryllium Crystalline lumps, 99.9%

Afbeeldingsresultaat voor Beryllium
Beryllium komt nooit voor als een vrij element, alleen als een verbinding, zoals met fluorine

Het meest voorkomende erts van beryllium is het mineraal beryl.

Beryl is een wit, gelig wit, geelgroen tot groen, roze, blauwig tot groenblauw, rood of goudgeel aluminiumberylliumsilicaat.
Kostbare vormen van beryl zijn de half edelstenen aquamarijn en smaragd.

Beryllium als alkali-metaal

Beryllium fun facts
Boor wordt als een zwakke neutronenbron gebruikt.
Afbeeldingsresultaat voor alfadeeltjes

a-straling
een vorm van ioniserende straling die bestaat uit alfadeeltjes: twee protonen en twee neutronen. Het is gelijk aan de kern van een helium-4-atoom.

Beryllium heeft van de lichte metalen een van de hoogste smeltpunten. Het is een goede warmtegeleider, niet-magnetisch en vonkt niet. Bij kamertemperatuur en normale druk wordt het niet door de atmosfeer aangetast, waarschijnlijk omdat het een beschermend oxidelaagje vormt. Daarom is het ook in staat een kras in glas achter te laten. Het wordt zelfs door geconcentreerd salpeterzuur niet aangetast.

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.

5. Boor (B)

Borium
Atoommassa
10,811 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p1

Boor is een metalloïde (metaalachtig semi-metaal) d.w.z. qua eigenschappen tussen metalen en niet-metalen in. 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.

 borium chemisch element
Verwacht wordt dat kosmische straling verantwoordelijk is voor de overvloed in het universum van sommige lichte elementen zoals lithium, beryllium, helium-3 en boor.
Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling
Kosmische straling

Vergelijking van eigenschappen van metalen, metalloïden en niet-metalen.

Metalloïden hebben een hybride aard. Dat wil zeggen dat eigenschappen als vorm, uiterlijk en gedrag indien gemengd met metalen ongeveer overeenkomt met de metalen. Elasticiteit en chemische gedrag komen meer overeen met de niet-metalen. Elektrische geleidbaarheid, ionisatie-energie, elektronegativiteit en oxiden liggen tussen metalen en niet metalen in.

De isotoop10B is zeer effectief in het vangen van neutronen.

Bij 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.

図3

About BNCT – Neutron Therapeutics
Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a unique type of radiation therapy that enables targeting of cancer at the cellular level.
Vertaal deze pagina

6. Koolstof (C)

Koolstof
Atoommassa
12,011 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p2
diamant.png
wat-is-een-diamant?

Grafiet

Diamant en grafiet zijn beide een allotrope verschijningsvorm van koolstof, dat wil zeggen dat ze beide behoren tot hetzelfde element 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 licht met elkaar verbonden, daarom kunnen we ermee schrijven.
Koolstof is een niet-metaal dat in verschillende vormen, allotropen, voorkomt zoals diamant en grafiet. De overige niet-metalen zijn stikstof, zuurstof, fosfor, zwavel en seleen.

Door de 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.

Onderling vormen niet-metalen vaak covalente bindingen, waarin de atomen een of meer gemeenschappelijke elektronenparen hebben, dit zijn enkele elektronen in de buitenste zogenoemde valentieschil. Valentie-elektronen zijn namelijk cruciaal bij het vormen van een chemische binding tussen atomen. Met covalente bindingen worden moleculen opgebouwd.

Ook zijn niet-metalen belangrijk in de organische chemie. Met betrekking tot koolstof wil ik de koolstofchemie noemen, die een beperkt aantal atomen omvat: Koolstof, Waterstof, Zuurstof, Zwavel, Fosfor, Jodium, Chloor, Broom en Fluor. Hiervan komen Koolstof en Waterstof het meeste voor.

Moleculen met alleen koolstof en waterstof atomen zijn de koolwaterstoffen:
Het is belangrijk te onthouden dat we het onderscheid maken tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen:
1) Verzadigde KWS hebben ‘n enkelvoudige koolstof/koolstof-binding (C – C) in de molecule (zoals ethaan)

Ethane Structural Formula

2) Onverzadigde KWS hebben ‘n meervoudige koolstof/koolstof-binding (C = C) in de molecule (zoals etheen)

[etheen[1].gif]

De eenvoudigste koolwaterstof is methaan CH4

Methaanis dus ook een verzadigd KWS door een enkelvoudig koolstof/koolstof-binding(C – C). Het is de eenvoudigste koolwaterstof: Een enkel centraal koolstofatoom met daaromheen verzadigd met vier waterstofatomen door de symmetrische tetraëder.

Afbeeldingsresultaat voor methaan

Een symmetrische tetraëder:

Afbeeldingsresultaat voor tetraëder
  • 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.
Afbeeldingsresultaat voor Methaan: de smeltende tijdbom

Methaan: de smeltende tijdbom

7. Stikstof / Nitrogenium (N)

Stikstof
Atoommassa
14,0067 u
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 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.

Bliksemflitsen kunnen met zuurstof in de atmosfeer nitraat (NO3-) vormen, dat middels neerslag in de bodem terecht kan komen. Daarmee begint de
stikstofkringloop.
Afbeeldingsresultaat voor vloeibaar stikstof
Vloeibaar stikstof

Enkele belangrijke doorbraken in de luchtstudie vonden plaats in de jaren 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 uitstappen.

Als een brandende kaars in de fles wordt geplaatst met de ingesloten lucht, stijgt het water een beetje. Waarom gebeurt dit? Vroegchemici dachten dat een deel van de lucht wordt opgebruikt als de kaars brandt. 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

Gerelateerde afbeelding

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 experiment uit zoals het kaars-in-een-fles onderzoek dat zojuist is beschreven.

  • Rutherford ontdekte echter niet stikstof. Die noemde het, terwijl hij de proef-met-de-kaars deed  noxious air, schadelijke lucht, omdat een vlam er in dooft……

Enkele van de grootste chemici van het moment werkten aan dit probleem op het moment dat Rutherford zijn ontdekking deed. De Engelse chemicus Henry Cavendish (1731-1810) ontdekte waarschijnlijk stikstof “voordat Rutherford dat deed”, maar publiceerde zijn bevindingen niet. En in de wetenschap krijgt de eerste persoon die de resultaten van een experiment publiceert meestal de eer voor het werk.

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. Zo betekent nitrogen “nitraat en salpeterzuur” (nitro-) en “oorsprong van” (-gen). (nitrogen is het Engelse woord voor stikstof)

maxresdefault
Stikstof wordt vloeibaar bij 77 Kelvin (-196 graden Celsius).
Video smoke-on-the-water-liquid-nitrogen.

En dan de luchtvervuiling door stikstofdioxide

Afbeeldingsresultaat voor stikstofdioxide

Stikstofdioxide (NO2) is een gas dat vooral door de mens wordt geproduceerd en dat bij overmatige blootstelling longschade en ademhalingsproblemen kan veroorzaken.
Het wordt geproduceerd door uitstoot van elektriciteitscentrales, zware industrie en wegtransport, net als door verbranding van biomassa.

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.

Gerelateerde afbeelding

De ozonlaag: hoe zat het ook alweer?

8. Zuurstof (O)

Zuurstof
Atoommassa
15,999 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [He]2s2 2p4

Hoewel zuurstof voor iedereen iets vanzelfsprekend is, vind ik het juist heel belangrijk voor een verdieping in dit toch wel heel bijzonder element. Drie miljard jaar geleden was zuurstof nog voornamelijk gebonden aan koolstof CO2 door talloze vulkaanuitbarstingen.

20181213_111358 (3)

Honderden miljoenen jaren lang was dit de aanblik van de vroege Aarde
levende stromatolieten
Kolonies kalkrijke stromatolieten werden al 2,8 miljard jaar geleden gevormd door cyanobacteriën. Hun kolonies boden bescherming tegen de aanwezigheid van zuren en andere opgeloste anorganische stoffen in de oerwateren van de Aarde. Door fotosynthese produceerden de micro-organismen zuurstof als afvalproduct. Vóór die tijd was de meeste zuurstof op Aarde gebonden aan koolstof CO2.
Afbeeldingsresultaat voor 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

aljevragen.nl/syntheseproces
Tijdens de lichtreactie is de energie van het zonlicht omgezet in chemische energie en ‘opgeslagen’ in de moleculen ATP en NADPH. De donkerreactie-het-tweede-deel-van-de-fotosynthese gebruikt deze energie om koolstofdioxide om te zetten in glucose. Deze omzetting wordt de Calvincyclus genoemd.
Afbeeldingsresultaat voor endosymbiose
Volgens de endosymbiose theorie zijn de bladgroenkorrels (chloroplasten) in planten uit cyanobacteriën geëvolueerd.
Het nut van fotosynthese
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.
The-magical-leaf-the-quantum-mechanics-of-photosynthesis.

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.

Vloeibaar zuurstof
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

De totale hoeveelheid ozon tussen ons en de ruimte komt overeen met een laag van maar ongeveer 3 mm dik die rond de aarde draait

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. Er zijn 3 soorten UV-straling

  • Ultraviolet A 400 – 315 nm: 98,7% van deze straling bereikt het aardoppervlak
  • Ultraviolet B 315 – 280 nm: slechts 1,3% bereikt het aardoppervlak
  • Ultraviolet C 280 – 100 nm: wordt volledig tegengehouden door de ozonlaag

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.

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.


Hetzelfde gas dat op grote hoogte, in de stratosfeer, het leven beschermt, is dus dichtbij, in de troposfeer, een vervuiler. Alleen de hoogte in de atmosfeer bepaalt of ozon vriend of vijand is.

9. Fluor (F)

fluorine
Atoommassa
18,998 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [He]2s2 2p5
Fluor is het meest actieve chemische element en reageert met vrijwel elk element. Het reageert zelfs met edelgassen bij zeer hoge temperatuur en druk.

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.

fluoriet
Afhankelijk van sporenelementen kunnen fluorietmineralen allerlei kleuren hebben: wit, geel, oranje, roze, bruin, groen, blauw, paars en doorzichtig. Bron: http://www.semoea.nl

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

20190509_144736 (1)
Video reacting fluorine-with-caesium-first-time-on-camera

10. Neon (Ne)

Neon
Atoommassa
20,17 u
0 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p6

Neon is een edelgas en een inert element dat niet of nauwelijks reageert met andere elementen.

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. Daartussen vormen stikstof en zuurstof meer dan 99 procent 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.

20190509_204531
video neon-the-most-inert-element-on-earth.
Nixieklok
Zo werkt ook een nixie-klok

Neon heeft relatief weinig toepassingen. Het meest bekend is neonverlichting. Tegenwoordig bestaan ​​er neonreclames van alle 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)

Natrium
Atoommassa
22,990 u
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

Natrium (Engels: Sodium) is een zilverkleurig alkalimetaal is een zilverachtig-wit metaal met een wasachtig uiterlijk. Het is zacht genoeg om met een mes te snijden. Het oppervlak is helder en glimmend als het voor het eerst wordt gesneden, maar 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.

Afbeeldingsresultaat voor zout
Natrium staat in elk keukenkastje: natriumchloride oftewel tafelzout
Afbeeldingsresultaat voor Natriumcarbonaat
Natriumcarbonaat is soda
20190420_191622 (1)
Reactie natrium-en-water
  • 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)

Magnesium
Atoommassa
24,305 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 =  1s22s2 2p6 3s2

Magnesium is een zilverwit aardalkalimetaal. 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.

Flashlight
Video vuurwerk-in-de-sneeuw-blink-of-flashing-demon.mp4

De allure van Epsom-zouten

Misschien is de best bekende magnesiumverbinding magnesiumsulfaat (MgSO 4 ). Het is in de volksmond bekend als Epson-zouten.

Afbeeldingsresultaat voor de heilzame werking van 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 weken 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 weken 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)

Aluminium
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.

Bauxiet erts / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)
Bauxiet erts waarin
aluminium aanwezig is in de vorm van een oxide.
Aluminium heeft de sterke neiging zich te binden met zuurstof.
Aluinaarde, een fijn wit poeder dat is omgezet uit kristallen
Vloeibaar aluminium
Gesmolten aluminium

‘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 een gotspe van formaat. 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 delen!!

  • 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)

Silicium
Atoommassa
28,086 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s2 2s2 2p6] 3s2 3p2
Gerelateerde afbeelding

De foto-elektrische eigenschappen van silicium maken het geschikt voor fotocellen.
Het is de uitgangsstof voor onze zonne-energie productiekringloop.

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 hij faalde met silicium.

Jacob Berzelius probeerde ook silicium te isoleren met behulp van een methode die vergelijkbaar is met die van Davy. Hij mengde gesmolten kaliummetaal met een verbinding die bekend staat als kaliumsiliciumfluoride. Het resultaat was een nieuw element – 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.

Afbeeldingsresultaat voor silicaten
Silicaten en mineralen.
Bron:jpschreurs

15. Fosfor (P)

Fosfor
Atoommassa
30,974 u

5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne =1s2 2s2 2p6] 3s23p3
fosfor

Fosfor heeft verschillende allotrope vormen, met verschillende fysische en chemische eigenschappen. Ze zijn genoemd naar hun kleuren

Fosfor werd voor het eerst ontdekt in 1669 door de Duitse arts Hennig Brand. Hij was enigszins bekend in de chemie. Hij wordt soms de laatste van de alchemisten genoemd. Alchemisten wilden een manier vinden om lood, ijzer en andere metalen in goud te veranderen. Ze wilden ook een manier vinden om eeuwig leven te hebben. Alchemie bevatte te veel magie en mystiek om een ​​echte wetenschap te zijn. Maar het ontwikkelde een aantal technieken en produceerde veel nieuwe materialen die later bruikbaar bleken te zijn in de moderne chemie.

Brand was ervan overtuigd dat de sleutel tot het veranderen van metalen in goud in de 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.

phosphor1

Een kolf wordt gevuld met kokend water met daarin een stukje witte fosfor.
De waterdamp neemt fosfor-atomen mee, die bij contact met zuurstof een blauwachtige / witte gloed vertonen.

16. Zwavel (S)

Zwavel
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 in de buurt van vulkanen gevonden, vaak bij sulfatoren.

IJsland 2 019
Zwavelbronnen Krysuvik IJsland  hebben ’n speciale geur

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.

Burning sulfur

Video burning-sulphur

17. Chloor (Cl)

Chloor
Atoommassa
35,45 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal   [Ne =1s22s2 2p6] 3s2 3p5
Halogenen hebben als kenmerk dat hun buitenste schil zeven elektronen bevat.
Gerelateerde afbeelding
Maatcylinders gevuld met van l naar r chloor, broom en jodium.
Chloor komt bij kamertemperatuur voor als een geel/groen en zeer giftig gas.

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. Gewoon tafelzout is bijvoorbeeld natriumchloride (NaCl). Toch werd chloor pas in 1774 als element erkend toen Scheele (’n apotheker) het mineraal pyrolusiet gemengd werd met zoutzuur. ontdekte dat een groenachtig geel gas met een verstikkende geur “meest onderdrukkend voor de longen” was vrijgegeven. Het gas was chloor.

Mangaandioxide
pyrolusiet (bruinsteen) is een mangaanoxide

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.

Afbeeldingsresultaat voor zout

Video het-vormen-van-keukenzout-uit-twee-zeer-gevaarlijke-stoffen..
Afbeeldingsresultaat voor NW-nl  Stomme vragen bestaan niet! waarom is zeewater zout
Video Grootse zoutvlakte ter wereld reflections-from-uyuni-de-enrique-pacheco
In het zuidwesten van Bolivia ligt de Salar de Uyuni, de grootste zoutvlakte ter wereld.

18. Argon (Ar)

argon
Atoommassa
39,948 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne]3s2 3p6
Afbeeldingsresultaat voor argon
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,

Onze atmosfeer bestaat voor 78% uit stikstof, 21% zuurstof, 1% uit argon en nog wat sporen van andere gassen, zoals koolzuurgas (CO2) en waterdamp. In 1785 sprak Henry Cavendish een vermoeden uit dat argon aanwezig was in de lucht, maar het werd pas echt ontdekt in 1894 door Sir Rayleigh en Sir William Ramsay.
Argon werd verkregen tijdens het vloeibaar maken van lucht.
Zij ontdekten argon door de 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 kan uit vloeibare lucht worden ontrokken. Vervolgens kan argon als beschermende sfeer toegepast worden, omdat het niet met andere stoffen reageert. Het wordt bijvoorbeeld in de staalindustrie als isolatiegas gebruikt, als lucht afgesloten moet blijven om heet metaal voor oxidatie te beschermen. Daarnaast kan argon ook in elektrische verlichting van belang zijn. In fluorescerende lampen helpt het bovendien om het opstarten te versnellen. In lichtreclames geeft argon blauw licht.

19. Kalium (Ka)

Potassium
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
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.

Hoge kwaliteit witte vlokken Kaliumhydroxide
Kaliumhydroxide

Kalium oxideert in lucht en kan explosief reageren met water vanwege de vorming van waterstof.

hqdefault
Video reaction-of-potassium-and-water.

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)

Calcium
Atoommassa 40,078 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar]4s2

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. Calcium komt voor in mineralen zoals calciet (calciumcarbonaat), gips (calciumsulfaat) en fluoriet (calciumfluoride).

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 heel veel 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.

Stone Coral, Steen Koraal
Steenkoralen bouwen hun skeletten op door het calcium en carbonaat in het water met elkaar te combineren.

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 mineralen calciet en aragoniet.

  • 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…..

Deze afbeelding heeft een leeg alt-attribuut; de bestandsnaam is gbr.jpg
Koraalrif-in-gevaar-bedreigingen-en-gevolgen.

21.Scandium (Sc)

Scandium
Atoommassa 44,956 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d1 4s2
Overgangs- of transitiemetalen komen weinig voor op aarde. Alleen ijzer (Fe) is veelvoorkomend.

22. Titanium(Ti)

Titanium
Atoommassa 47,867 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d2 4s2
Titanium crystal
Het overgangsmetaal Titaan is net zo sterk als staal, maar heeft slechts 60% van de dichtheid. Titaan komt voor als oxiden in de mineralen ilmeniet en rutiel.

23. Vanadium (V)

Vanadium
Atoommassa 50,942 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d3 4s2
De zouten van dit element hebben allerlei verschillende kleuren.

24. Chroom(Gr)

Chromium
Atoommassa 51,996 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d5 4s1
Afbeeldingsresultaat voor chroom element
Chroom is een blauw/groen/wit hard corrosie resistent overgangsmetaal. Het kan worden opgepoetst, zodat er een glanzend oppervlak ontstaat.
Gerelateerde afbeelding
Chroom 6 bestaat uit een Chroom atoom en drie zuurstof atomen. Het dringt door de huid en celmembraan en kan DNA oxideren. Een chemische omschrijving van de stof is hier te vinden.
Vulkaantje
Videoproef met Chroom 6 scheikundige-vulkaan-ammoniumdichromaat

25. Mangaan (Mn)

Manganese
Atoommassa 54,938 u
Valentie-elektronen //Orbitaal [Ar] 3d5 4s2
Mangaan
Mangaan is een grijs overgangsmetaal
Het mineraal pyrolusiet, een mangaandioxide (MnO2), werd al ruim 15.000 jaar geleden gebruikt als pigment in verf
Mangaandioxide (MnO2) bruinsteenpoeder
Afbeeldingsresultaat voor Welke verschillende soorten batterijen zijn er?
Mangaandioxide wordt gebruikt in (Alkali)batterijen
het-smelten-van-staal-24388212
Mangaan wordt 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.
Afbeeldingsresultaat voor stalen brug
Wereldprimeur 2018: eerste stalen brug uit 3D-printer

26. IJzer (Fe)

Iron
Atoommassa 55,845 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d6 4s2

Over de oorsprong tot de vorming van alle elementen heb ik in vorige blogs 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.

In het binnenste van de ster worden uiteindelijk zware atoomkernen van ijzer gevormd, en dat zijn de meest stabiele atoomkernen die er zijn.

Het inwendige van een zware ster is namelijk zo heet, dat ook koolstofatomen fuseren tot zwaardere elementen, zoals zuurstof, silicium, magnesium enzovoorts. Er zijn steeds nieuwe kernfusiereacties die weerstand bieden aan de zwaartekracht van de ster. De eigen energieproductie voorkomt 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. Ze zullen nooit spontaan fuseren tot nog weer 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 en alle isotopen gevormd en die uiteindelijk vanuit de ruimte ook op onze planeet terecht kwamen.

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.

Afbeeldingsresultaat voor meteoorijzer egyptenaren
Gizeh-pyramide-mysteriekamer kan Farao’s ‘meteorieten troon’ bevatten

In de ijzertijd, zo’n 3000 jaar geleden, nam ijzer de plaats in voor brons. Een hoofdbestanddeel van brons, tin, werd namelijk minder beschikbaar.

Gerelateerde afbeelding
IJzer kwam meestal voor als ‘moerasijzererts’. Het wordt gevormd in beekdalen en moerassen.

In China werden in de 5e eeuw v.Chr. de eerste hoogovens gebouwd.

Afbeeldingsresultaat voor Wat is staal Oudste productie methode
IJzererts werd in eerste instantie in laagovens verwerkt.

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

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.
Roest is het roodbruine materiaal dat ontstaat wanneer ijzer reageert met zuurstof in de aanwezigheid van water.

Dus niet te vergeten de rode planeet

Video Mars-101-national-geographic

27. Kobalt (Co)

Cobalt
Atoommassa 58,933 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d7 4s2

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.