Het elementaire bewustzijn

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem
  • Elektronen zoeken hun eigen welbepaald plekje in een baan om de kern. Het is alsof ze zich atomair bewust zijn van hun omgeving en de invloed die ze hebben op de chemische eigenschappen van het te vormen element.

Op de animatie is duidelijk de opbouwende grootte te zien van de elementen. Negatief geladen elektronen voegen zich toe aan 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.

aljevragen.nl.atoombindingen

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: elementaire deeltjes beïnvloeden elkaar in een vervalproces van radioactiviteit: ze zijn zich, mijns inziens, bewust van het verval.
Een neutron kan vervallen tot een proton en een elektron. Het atoomnummer is door het extra proton één hoger 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, vele honderden miljoenen jaren later, zegt iets over de vorming van elementen tijdens de explosies van supernova’s. In een type Ia supernova, 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.

Mijn bronnen: Dynamisch Periodiek Systeem // Chemistry Explained // en uitleg periodiek systeem C3

1. Waterstof (H)

Waterstof

Atoomstraal 37 picometer = 37 miljardste mm. Atomaire massa van waterstof is 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
Elektronenwolk met orbitalen

Valentie-elektronen zijn cruciaal bij chemische bindingen tussen atomen. Het aantal valentie-elektronen bepaalt de bindingsmogelijkheden van een atoom.
De valentie-elektronen bevinden zich in de buitenste baan. Elk element heeft een eigen verdeling van elektronen, die zich bevinden in wel bepaalde orbitalen (banen).

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.

Koude gaswolken van waterstof die langzaam maar zeker samenklonteren tot sterren als de zon.

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. 

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 d 2

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

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.

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.

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.

Hoewel boor één van de eenvoudigste kernen heeft, wordt het element alleen gevormd onder invloed van kosmische straling en niet in sterren, waardoor het ook in dit heelal

Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling
Kosmische straling bestaat uit deeltjes.

De isotoop 10B is zeer effectief bij het behandelen tegen kanker.

Tijdens 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
Grafiet

Koolstof wordt sinds mensenheugenis al gebruikt in de vorm van houtskool.

Ook diamant en grafiet. beide allotrope verschijningsvormen van koolstof, zijn al heel lang bekende vormen van 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

Methaan is 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? Vroege chemici dachten dat een deel van de lucht wordt opgebruikt als de kaars brandt. De schotse natuurkundige Daniel Rutherford noemde het in 1772 al: noxious air, schadelijke lucht, omdat een vlam er in dooft. De Nederlandse benaming stikstof wijst op het feit dat het gas dieren doet stikken. 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.

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.

Afbeeldingsresultaat voor Distikstofmonoxide -
DISTIKSTOFMONOXIDE oftewel lachgas is een verbinding van stikstof en zuurstof N2O. wordt gebruikt in motoren om het motorvermogen te verhogen. Jongeren omarmen lachgas al een partydrug en in de atmosfeer is het een broeikasgas.

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. In die tijd was de meeste zuurstof op Aarde gebonden aan koolstof CO2.
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.
Afbeeldingsresultaat voor cyanobacteriën
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

10. Neon (Ne)

Neon
Atoommassa
20,17 u
0 Valentie-elektronen // Orbitaal [He] 2s2 2p6
Neon is net als de andere edelgassen 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: stikstof en zuurstof maken meer dan 99% uit 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.

Nixieklok
Zo werkt ook een nixie-klok

De meest bekende toepassingen van neon is neonverlichting. Ook zijn nixie-klokken voorzien van dit gas. Tegenwoordig bestaan ​​er neonreclames van allerlei 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

Het zilverachtig-wit metaal heeft een wasachtig uiterlijk en is zacht genoeg om met een mes te snijden. Als het voor het eerst wordt gesneden is het oppervlak helder en glimmend, maar ’t 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.

Natrium is ’n zacht metaal
Afbeeldingsresultaat voor zout
Natrium staat in elk keukenkastje: natriumchloride oftewel tafelzout
Afbeeldingsresultaat voor Natriumcarbonaat
Natriumcarbonaat is soda
  • 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  
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.

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.

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)

Phosphorus
Atoommassa 30,974 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ne] 3s2 3p3
Fosfor heeft verschillende samenstellingen met verschillende fysische en chemische eigenschappen.

De Duitse arts Henning Brand ontdekte in het jaar 1669 fosfor. Hij dacht dat de sleutel tot het veranderen van metalen in goud in 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
In zuivere vorm is zwavel een vaste gele stof, te vinden in de buurt van vulkanen Meestal komt zwavel niet in de pure vorm voor maar als zwaveldioxide, sulfiet of sulfaat.

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 typische 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.

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. Aanvankelijk werd bij de ontdekking van het element gedacht, dat het een verbinding was met zuurstof.

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 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

De naam is afkomstig van het Latijnse Calx, dat “kalksteen” betekent. 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

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 overgangsmetaal hebben 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.

25. Mangaan (Mn)

Manganese
Atoommassa 54,938 u
Valentie-elektronen //Orbitaal [Ar] 3d5 4s2
Mangaan
Mangaan is een grijs overgangsmetaal
pyrolusiet-ruw
Het mineraal pyrolusiet is een mangaandioxide dat al 15.000 jaar geleden werd gebruikt als pigment in verf
Mangaandioxide (MnO2) bruinsteenpoeder
Afbeeldingsresultaat voor Welke verschillende soorten batterijen zijn er?
Mangaandioxide wordt tegenwoordig gebruikt in (Alkali)batterijen
het-smelten-van-staal-24388212
Mangaan wordt de laatste tijd ook 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
glaskop-hematiet
Hematiet bestaat in zuivere toestand voor 70% uit ijzer en is daarmee het belangrijkste ijzererts. Door het op hoge temperatuur met koolstof te laten reageren wordt ijzer gewonnen.

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.

Afbeeldingsresultaat voor Wat is staal Oudste productie methode
IJzererts werd in eerste instantie in laagovens verwerkt. In China werden in de 5e eeuw v.Chr. al de eerste hoogovens gebouwd

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

27. Kobalt (Co)

Cobalt
Atoommassa 58,933 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d7 4s2
Het woord kobalt komt van het Duitse kobald (kabouter). Kobalterts werd vaak verward met ertsen van de metalen die men wilde delven, waardoor de teleurstelling groot was als men het ongewenste kobalt verkreeg. Kobalt trekt het giftige arseen aan en joeg daarom angst aan bij de mijnwerkers. Men geloofde dus dat kobolden uit kwaadaardigheid dit metaal in de mijnen legden.

Samen met nikkel en ijzer wordt dit overgangsmetaal vaak in grote hoeveelheden aangetroffen in meteorieten.

Kobaltblauw was al bekend bij de Egyptenaren
Kobalterts gedolven in Congo Een grondstof die onmisbaar is voor de productie van accu’s voor elektrische voertuigen.

28. Nikkel (Ni)

Nickel
Atoommassa 58,693 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d8 4s2
Het grootste deel van het wereldwijd geproduceerde nikkel wordt gebruikt bij de productie van roestvast staal. Euromunten van €1 en €2 zijn ook van nikkel
Kopererts
Nikkelerts werd vaak aangezien voor kopererts. Bij een poging koper te winnen uit nikkelerts, bleef er tot verbazing een wit poeder over dat nickel werd genoemd: Kupfernickel,

Mijnwerkers gebruikten dat woord voor het erts waaruit geen koper te winnen viel en slechts het ongewenste nickel opleverde. Boosaardige aardgeesten, Nickeln, werden daarvoor verantwoordelijk gehouden. Een soortgelijk verhaal kent het element kobalt. Hier zouden kobolden het kwade toverwerk verrichten.

Afbeeldingsresultaat voor aardkern
Nikkel is essentieel voor aardmagneetveld

29. Koper (Cu)

Copper
Atoommassa 63,546 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s1
Kopererts

Er zijn twee verschillende soorten winplaatsen:

  • Dagbouwmijnen waar het erts dicht aan het oppervlak ligt
  • Ondergrondse mijnen.
Bingham Canyon Mine, gelegen bij Salt Lake City, is de diepste dagbouwmijn ter wereld

De mijn heeft meer koper opgebracht dan eender welke mijn dan ook in de geschiedenis: ongeveer 14,5 miljoen ton. Er worden ook een hele reeks bijproducten gewonnen. Zo heeft men al 620 ton goud, 5000 ton zilver, 276 ton molybdeen en grote hoeveelheden platina en palladium gevonden. Door deze productiestatistieken wordt Bingham Canyon ook wel “het rijkste gat op aarde” genoemd. De waarde van de metalen die er jaarlijks worden opgegraven bedraagt 1,8 miljard dollar.

De ondergrondse kopermijn bij Stolzembourg in Luxemburg. Hier bevinden zich de resten van een vijfhonderd jaar oude kopermijn.

Het messing gele Chalcopyriet is het mineraal met een hoog kopergehalte en geldt dan ook als een van de belangrijkste koper-ertsmineralen.

Koper recycling

Koper is 100% recyclebaar. Het is het derde, meest gerecyclede metaal na ijzer en aluminium. 80% van het koper dat een paar eeuwen geleden is gewonnen is nog steeds in gebruik. Van de Sumeriërs en Egyptenaren is overigens bekend dat zij rond 3000 v.Chr. koper smolten en gebruikten om brons te maken.

30. Zink (Zn)

Zinc
Atoommassa 65,38 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2
Dit overgangsmetaal wordt veelal gebruikt in legeringen. De belangrijkste zinkhoudende ertsen zijn sfaleriet (zinkblende), smithsoniet (een carbonaat) en calamien (een silicaat)

31. Gallium (Ga)

Gallium
Atoommassa 69,723 u
3 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p1
Zink is een zilverwit hoofdgroepmetaal. Dit zijn metallieke geleiders. Vloeibaar gallium vormt geen druppels, maar vloeit uit waarbij zich een heldere spiegel vormt. In thermometers voor gebruik bij hoge temperaturen wordt gallium gebruikt. p

32. Germanium (Ge)

Germanium
Atoommassa 72,64 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p2
Germanium is een metalloïde. Een semi-metaal, dat qua eigenschappen tussen de metalen en niet-metalen in zit.
De voorspelling van het bestaan en de eigenschappen van germanium en ook van de elementen gallium en scandium door Mendelejev was een belangrijke overwinning voor de geloofwaardigheid van het periodiek systeem.

33. Arseen (As)

Arsenic
Atoommassa 74,922 u
5 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p3
Arseen is een zwaar metaal dat gevaarlijks is voor de gezondheid
Arsenopyriet. Als je met een hamer hard er op slaat geeft het vonken en kom er een sterke knoflook geur vanaf.

Arseen kan heel gemakkelijk uit zijn ertsen worden gemaakt. Omdat arseen enigszins lijkt op kwik, hebben vroege wetenschappers waarschijnlijk de twee elementen met elkaar verward. Arseen en arseenverbindingen zijn zeer giftig. De belangrijkste arseenbron is het mineraal arsenopyriet, waaruit bij verhitting arseen vervluchtigd.

Gerelateerde afbeelding
In Bangladesh en India is men voor drinkwater veelal afhankelijk van grondwater met een hoog arseengehalte. Daardoor komt er in beide landen veel chronische arseenvergiftiging voor, waar jaarlijks vele mensen aan sterven.

34. Seleen (Se)

Selenium
Atoommassa 78,97 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p4
Seleen is een bijproduct dat achterblijft bij de winning van lood, zilver of koper. Hierbij wordt d.m.v. elektrolyse het seleen geïsoleerd.

Seleen beschikt over de opmerkelijke eigenschap om licht om te zetten in elektriciteit. Seleen heeft fotovoltaïsche cellen, ook wel PV-cellen genoemd, toegepast op sommige typen zonnecellen. Als er zonlicht op de zonnecel valt, worden er elektronen los gestoten, die dan in de gewenste richting bewegen en wekken elektrische stroom op. Dit fotovoltaïsch effect werd voor het eerst bemerkt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edond Becquerel, vader van Antoine-Henri-Becquerel/ die per toeval de werking van radioactiviteit ontdekte!

Nu al zijn zonnecellen net zo gewoon als dakpannen van ‘vroeger’.

In de meeste systemen wordt hiervoor tegenwoordig silicium gebruikt. Energie van de zon kan elektronen losmaken in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.

Gerelateerde afbeelding

35. Broom (Br)

Bromine
Atoommassa 79,904 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p5
Broom is een olie-achtig halogeen, heeft een dieprode kleur en stinkt behoorlijk. Het is giftig en gevaarlijk bij huidcontact. Broom was het eerste element dat uit zeewater werd gewonnen – vrijwel al het broom op aarde is daarin te vinden.

Broom komt vooral voor onder de vorm van zouten.

Zouten bestaan uit metaalatomen (positieve ionen +) en niet-metaalatomen (negatieve ionen ). Metaalatomen kunnen veel gemakkelijker elektronen verliezen dan opnemen.Hiernaast zie je natriumchloride wat in de volksmond keukenzout genoemd wordt.

Broom wordt wel veelvuldig gebruikt in pesticiden, in verfstoffen, parfums, in de farmaceutische industrie en voor fotochemicaliën. Broomverbindin­gen zijn veelgebruikte vlam- of brandver­tra­gende (vlamwe­rende) middelen, vooral in kunst­stoffen. Je vindt kunststoffen  in behuizingen van allerlei producten (van PC’s tot stofzuigers), in het interieur van auto’s, in speelgoed – eigenlijk bijna overal. Ook synthetische vezels bestaan uit kunststof. Men maakt er kleding, gordijnen, meubelstoffen (ook autobekleding) en nog veel meer van. Broom is ook in diverse geneesmiddelen te vinden, bijvoorbeeld in bromazepam, een kalmeringsmiddel.

36. Krypton (Kr)

Krypton
Atoommassa 83,80 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p6
Krypton is een edelgas
De Griekse naam krytos betekent verborgen.

In 1898 bleef krypton over bij de ontleding van vloeibare lucht na het verwijderen van water, zuurstof, stikstof, helium en argon. Een week later werd ook neon ontdekt op dezelfde manier. Krypton is duur (30 tot 65 dollar per liter) en in de meeste gevallen te vervangen door goedkopere edelgassen. Daarom wordt het slechts op zeer beperkte schaal industrieel toegepast.

Afbeeldingsresultaat voor hogesnelheidsfotografie met flits
Toegepast in fotografische flitsers bij hogesnelheidsfotografie
Edelgassen in gasontladingslampen. Helium..Neon..Argon..Krypton..Xenon

Door het gas loopt een elektrische stroom. De in de lamp aanwezige vrije (losgeraakte)elektronen en ionen geleiden de stroom: er vindt een gasontlading plaats. Vrije elektronen botsen met de atomen van het gas. Bij deze botsing worden de elektronen van het atoom aangeslagen en naar een hoger energieniveau gebracht. Bij terugval naar het oorspronkelijk energieniveau wordt elektromagnetische straling uitgezonden d.m.v. een foton. een lichtdeeltje. De glazen buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluorescerende stof, waardoor de straling zichtbaar wordt.

37. Rubidium (Rb)

Rubidium
Atoommassa 85,468 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Kr] 5s1 = [Ar] 3d104s24p6 5s1
Dit zilverwit alkalimetaal moet vanwege de hoge reactiviteit met zuurstof onder olie of afgesloten van de lucht bewaard worden, om oxidatie te voorkomen.

Net als alle andere alkalimetalen is rubidium erg reactief. Het ontbrandt spontaan bij aanraking met lucht en explodeert met water.

Rubidium vindt een toepassing in atoomklokken en als component in fotocellen

38. Strontium (Sr)

Strontium
Atoommassa 87,62 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 5s2
Een zilverwit alkalimetaal. Het element is naar de plaats Strontian genoemd in Schotland waar strontiumhoudende mineralen voor het eerst werden ontdekt.

Strontiumnitraat Sr(NO3)2 is een goed oplosbaar zout van salpeterzuur. Salpeterzuur is het meest stabiele zuurstofzuur van stikstof. Strontiumnitraat wordt in de vuurwerktechniek gebruikt, omdat de vlammen een rode kleur te geven.

Het witte poeder Strontiumnitraat kleurt diep rood wanneer het sterk verhit wordt.

39. Yttrium (Y)

Yttrium
Atoommassa 88,906 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d1 5s2
Yttrium is een zacht, zilver-wit metaal dat voorkomt in verschillende mineralen op aarde.

De kleuren van de televisie zouden totaal anders zijn zonder de fosforverbindingen van yttrium, die aan de basis liggen van de rode kleur. Yttrium wordt wel eens tot de ‘zeldzame aardmetalen’ gerekend, die kenmerkend zijn de meeste lanthaniden. Zeldzame aarden worden vaak in combinatie met elkaar in ertsen en bepaalde soorten mineralen gevonden. Stenen die met de missie van de Apollo 11 van de Maan terug naar de aarde werden gebracht, bleken relatief hoge concentraties yttrium te bevatten.

40. Zirkonium (Zr)

Zirconium
Atoommassa 91,22 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d2 5s2
Goudkleurig overgangsmetaal.

De naam zirkonium is afgeleid van het mineraal zirkoon, waarin het aangetroffen werd. Zirkoon komt van het Perzische zargūn, dat goudkleurig betekent. De maanstenen die met de Apollomissies mee terugkwamen, bevatten veel hogere concentraties zirkoniumoxide (verbinding met zuurstof) dan aardse stenen.

Het mineraal zirkoon

41. Niobium (Nb)

Niobium
Atoommassa 92,91 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d4 5s1
Glanzend wit overgangsmetaal. Het krijgt een typerende blauwe glans als het langere tijd aan de lucht wordt blootgesteld bij kamertemperatuur en maakt het gewild voor sieraden.

42. Molybdeen (M0)

Molybdenum
Atoommassa 95,95 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s1

Zilver-wit overgangsmetaal. Het metaal bevindt zich niet vrij in de natuur maar is te vinden in het mineraal molybdeniet. Maanmonsters die terugkwamen naar de aarde bevatten zuiver molybdeenmetaal /

Met een smeltpunt van 2650ºC is molybdeen bestand tegen extreem hoge temperaturen. Het is ongeveer het hoogste smeltpunt dat bij zuivere elementen wordt aangetroffen. Bijkomend voordeel is dat het metaal bij hoge temperaturen vrijwel niet uitzet. Vindt daarom toepassingen in hoge temperatuur-laboratorium-vacuümovens. En ook in kwartslampen/terrasverwarmers en gasontladingslampen.

43. Technetium (Tc)

Technetium
Atoommassa 98,91 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s2
Zilvergrijs radioactief overgangsmetaal en heeft het uiterlijk van platina (behoort niet tot de platinagroep)

Technetium was het eerste element dat kunstmatig werd geproduceerd door molybdeen (element 42) te beschieten met deuteronen (zwaar waterstof) in een cyclotron (deeltjesversneller). Technetium is het lichtste element in het periodiek systeem dat radioactief is.

Technetium is gevonden in het spectrum van sterren van het S-, M- en N-type. De aanwezigheid van het element in stellair materiaal leidt tot nieuwe theorieën over de productie van zware elementen in sterren. Van nature komt technetium op aarde vrijwel niet voor. Het wordt verkregen als splijtingsproduct van zware kernen zoals uranium-238 of door het bombarderen van molybdeen met neutronen.

44. Ruthenium (Ru)

Ruthenium
Atoommassa 101,07 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d7 5s1

Het element ruthenium bleek het residu dat achterbleef toen in 1827 ruw platina werd opgelost in koningswater (geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur). Het wordt koningswater genoemd omdat goud, de koning der metalen, en ook andere edelmetalen zoals platina erin oplossen.

Platina lost op in koningswater

45. Rodium (Rh)

Rhodium
Atoommassa 102,91 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d8 5s1
Zilverwit overgangsmetaal. De naam rodium komt van het Griekse rhodon, dat roos betekent.
Afbeeldingsresultaat voor rhodium element

Een voorbeeld hoe een element werd ontdekt. Rodium is in 1803 ontdekt door een Engelse chemicus tijdens het onderzoeken van ruw platina-erts afkomstig uit. Eerst loste hij het erts op in koningswater en neutraliseerde het zuur met natriumhydroxide. Door ammoniumchloride toe te voegen sloeg het platina neer en na het verwijderen van nog wat andere elementen bleven er rode rodiumchloride-kristallen over. Hieruit werd door reductie = elektronen opnemen van waterstofgas zuiver rodium geïsoleerd.

46. Palladium (Pd)

Palladium
Atoommassa 106,42 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10
Zilverwit overgangsmetaal. Palladium is vernoemd naar de in 1802 ontdekte planetoïde Pallas, vernoemd naar de Griekse godin Pallas Athene. In de aardkorst wordt dit element aangetroffen in legeringen met goud en platina en daarom gebruikt in sieraden.

47. Zilver (Ag)

Silver
Atoommassa 107,87 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s1
Dit overgangsmetaal heeft van alle metalen de beste geleidbaarheid voor warmte en elektriciteit en het reflecteert licht het best

In tegenstelling tot goud wordt zilver zelden in zuivere toestand in de natuur gevonden. Meestal wordt zilver in verbinding met niet-edele metalen als lood en koper gedolven. Dit mengsel wordt bewerkt om het zuivere zilver te scheiden van overige metalen. Puur zilver is van nature te zacht om verwerkt te worden tot een sieraad of gebruiksvoorwerp. Het zou te snel slijten of verbuigen waardoor het onbruikbaar wordt. Daarom wordt zilver samengesmolten met andere metalen, zoals met koper. Er ontstaat een legering, waarbij de hoeveelheid puur zilver in zo’n legering het zilvergehalte bepaalt. Er werd aanvankelijk gedacht werd gedacht dat het metaal kwik een soort zilver was: quicksilver. Wanneer zilver met zwavel of verbindingen daarvan in aanraking komt vormt zich een zwarte laag van zilversulfide.

Zilver heeft oorlogen ontketend, mensen van hof en haard gescheiden, armen rijk gemaakt, vrouwen gesierd, kunstenaars geïnspireerd en als betaalmiddel gediend.
Zilverbezit was vroeger veelal het ‘bloedige product’ van de overwinning in een oorlog, van plundering of onderdrukking, dan dat het verkregen was dankzij eerlijk en hard werken.
In de 14e eeuw zijn tonnen zilver de smeltoven ingegaan om buitenlandse oorlogen te financieren. Zonnekoning Lodewijk XIV liet zijn prachtig bewerkte zilveren meubels en andere gebruiksvoorwerpen smelten om de Spaanse Successie-oorlog te betalen. Ook gaf hij de adel het bevel al hun goud en zilver te laten smelten, met als gevolg dat vandaag de dag de zilveren voorwerpen uit die periode zeer zeldzaam zijn.

De Zilvervloot

De Spanjaarden organiseerden in de 16e en 17e eeuw ieder jaar een groot konvooi om goud, zilver en andere kostbaarheden te verschepen uit Zuid-Amerika naar Spanje. In 1626 maakte Piet Hein voor de West-Indische Compagnie een plan voor het onderscheppen van deze zilvervloot. Na twee gelukte kleinere zeeroven in 1627 in de Allerheiligenbaai maakte Piet Hein zich in 1628 onsterfelijk door de verovering van een zwaar bewaakt zilvertransport uit de Baai van Matanzas. De buit bedroeg zo’n twaalf miljoen gulden en de WIC keerde een recorddividend uit van 50%. Het zilver was dus een belangrijke bijdrage aan de Gouden Eeuw. Na dit succes werd Piet Hein aangesteld als hoofd van de Hollandse zeemacht, maar kort daarna sneuvelde hij voor de Belgische kust. Bron: Arts edelmetaal

Afbeeldingsresultaat voor zilvermijn
Zilvermijn Melle in Frankrijk.

48. Cadmium (Cd)

Cadmium
Atoommassa 112,41 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2
Een uiterst giftig overgangsmetaal, echter: Zwavelzuur-cadmium-oxyde vindt in de geneeskunde een toepassing.

Sinds januari 2005 is cadmium in batterijen verboden door de Europese Unie. 10% van het wereldwijd gebruikte cadmium afkomstig uit de recycling van batterijen. Het giftige cadmium wordt in combinatie met het element telluur gebruikt in sommige zonnepanelen. Zie cadmium-in-zonnepanelen

49. Indium (In)

Indium
Atoommassa 114,818 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p1
Een zilvergrijs (hoofd)metaal.
Afbeeldingsresultaat voor indigo
De naam Indium is afkomstig van de kleur indigo in het atoomspectrum van indium.
ROGGBIV de keurvolgorde van de regenboog.
Gerelateerde afbeelding

50. Tin (Sn)

Tin
Atoommassa 118,71 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p2
Zilvergrijs (hoofd)metaal.

Tin, een van de vroegst ontdekte metalen, werd gebruikt voor het vervaardigen van brons, een koper-tin legering. In de bronstijd was namelijk de heersende technologie op brons gebaseerd. Het symbool Sn komt van het Neolatijn stannum dat van het postklassieke Latijn stagnum ‘legering van zilver en lood’ komt.

51. Antimoon (Sb)

Antimony
Atoommassa 121,76 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p3
Een metalloïde, dat meestal de eigenschappen heeft van zowel een metaal als een niet-metaal. Antimoon is een halfgeleidend metaal.

Een mogelijke oorsprong van de naam is de combinatie van de Griekse woorden anti en monos: niet alleen. Antimoon wordt doorgaans samen met andere metalen gevonden. Het symbool Sb vindt zijn oorsprong in het Griekse stibi voor blijvend. Deze naam was al in de Oudheid bekend en heeft waarschijnlijk te maken met het ‘blijvende karakter’ van het als mascara gebruikte antimoonsulfide (antimoon/zwavel). Antimoontrioxide (Sb2O3) is een brandvertrager voor kunststoffen en textiel. Antimoon tot slot is een belangrijk legeringselement voor het verbeteren van de eigenschappen van lood.

52. Telluur (Te)

Tellurium
Atoommassa 127,60 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p4
Het zeldzame, zilverwitte metalloïde telluur lijkt chemisch gezien erg op selenium, dat één positie hoger in dezelfde groep staat (34). Telluur is meer metallisch en iets minder giftig, maar verbindingen met telluur stinken heel erg!

Telluur wordt in combinatie met het giftige cadmium gebruikt in sommige zonnepanelen!!

53. Jodium (I)

Iodine
Atoommassa 126,9045 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p5
Jodium 0f iodine is een halogeen d.w.z. een zoutvormer. Jodium is vast bij kamertemperatuur, maar smelt al bij geringe verhitting en vormt dan vrijwel direct een dichte, violette damp.

Jodium is in de vorm van opgeloste chemische bindingen te vinden in zee­water en in het water dat afkomstig is van zoutmijnen. Het is als natrium- en magnesiumverbinding een belangrijk bestanddeel van zeewier (zie ontdekking jodium hieronder). Zoals andere halogenen kan jodium met veel andere elementen verbindingen vormen, omdat het jodiumatoom één elektron in z’n buitenste schil mist. Omdat halogenen slechts één elektron hoeven op te nemen om de edelgasconfiguratie te bereiken, hebben ze oxidatiegetal -1, d.w.z. slechts 1 elektron (negatief geladen) meer. Halogenen zijn dan ook de sterkste oxidatoren (elektronenacceptoren). Wanneer het oxidatiegetal -3 zou zijn, dan zouden er 3 (negatief) geladen elektronen meer zijn dus -3. Vanzelfsprekend zijn er ook positief geladen ionen.

Video ionen-1-wat-is-een-ion-hoe-bereken-je-het-aantal-elektronen-in-een-ion-hoe-gebruik-je-t40a

Het element werd in 1811 ontdekt door de Franse wetenschapper Bernard Courtois. De naam jodium/iodine is afgeleid van het Griekse woord ioeidès, dat violet uiterlijk bete­kent, vanwege de ­violette kleur van jodium­damp en -kris­tallen:

Ontdekking in 1811

Salpeter (’n metaalzout) werd gewonnen uit zeewier dat werd gedroogd, verbrand en de as werd vervolgens gewassen met water. Om de salpeter verder te zuiveren werd zoutzuur toegevoegd. Op een dag schoot Courtois uit met het zuur waarbij een wolk van paarse damp opsteeg. Het viel Courtois op dat de damp neersloeg op koude oppervlakken en daarbij donkere kristallen vormde. Hij vermoedde een onbekend element te hebben ontdekt, maar beschikte niet over voldoende middelen om verder onderzoek te verrichten.…..

Video jodium-een-bijzondere-stof

Slechts enkele jodium-kristalletjes volstaan. Deze worden met behulp van een lepel of spatel (dus NIET met de blote hand) in een vuurvaste erlenmeyer gedaan. Deze wordt afgesloten met een horlogeglas waarop wat smeltend ijs ligt. Daarna wordt de erlenmeyer met behulp van een gasbrander voorzichtig verwarmd. Algauw ontstaat er een paarse damp, dit is jodiumdamp. Deze damp is niet zo gezond, goed afzuigen dus. Jodiumdamp ontstaat doordat jodium al bij matige verwarming van de vaste fase meteen overgaat naar de gasvormige fase. Deze faseovergang heet sublimeren of vervluchtigen. De temperatuur van de onderkant van het horlogeglas (dat de erlenmeyer afsluit) is echter heel laag, de temperatuur van smeltend ijs bedraagt namelijk nul graden Celsius. Als de jodiumdamp tegen de koude onderkant van het horlogeglas komt, wordt het meteen weer vast. Deze overgang van de gasvormige naar de vaste fase heet rijpen. Dit verschijnsel kennen we wel van koude winters. Denk maar eens aan de waterdamp in de lucht die bij vorst meteen overgaat in ijs als die in aanraking met een koud oppervlak komt (rijping). Behalve rijp bestaat er trouwens ook nog ruige rijp. Dit laatste is eigenlijk “echte” rijp: het is bevroren mist.

Faseovergangen

Toepassingen: Jodiumtinctuur heeft een desinfecterende werking. In een mengsel van water en ethanol wordt jodium opgelost en gebruikt voor het ontsmetten van wonden. In kaliumjodide (’n zout) vindt jodium toepassing in de fotografie bij het ontwikkelen van foto’s.

54. Xenon (Xe)

Xenon
Atoommassa 131,30 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p6
Het edelgas xenon is in 1898 ontdekt toen het, net als argon als residu achterbleef tijdens het verdampen van vloeibare lucht.

Het verdampen van lucht wordt destillatie genoemd. Dit wordt uitgevoerd bij extreem lage temperaturen (−180°C ) en wordt daarom ook wel een cryogene destillatie genoemd. Xenongas wordt gebruikt in diverse xenonlampen, zoals bacteriële lampen bacteriën-verlichten-lamp, radiolampen, stroboscopen, waarmee de beweging van een object schijnbaar kan worden stilgezet, elektronenflitsers en lasers.

Medisch gebruik en doping

Xenon wordt medisch toegepast als verdovingsmiddel om patiënten in staat te stellen om chirurgische en andere pijnlijke procedures te ondergaan zonder dat het =gevoeld wordt. Ook stimuleert dit edelgas de productie van Epo waardoor er meer rode bloedcellen worden gevormd. Dit is dus een vorm van doping, om het vermogen van zuurstof- en koolzuurgastoevoer van het bloed te verhogen.

55. Cesium (Cs)

Cesium
Atoommassa 132,9054 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Xe] 6s1
Een zilver/goudkleurig alkalimetaal.

Cesium is naast koper en goud ’n metaal met een ‘gouden’ uiterlijk, de rest van de metalen is grijs of zilverwit. Het alkalimetaal cesium is zacht, makkelijk vervormbaar en smelt al bij 29 graden Celsius. Cesium reageert explosief met water.

Atoomklok

De seconde is gedefinieerd aan de hand van de energieniveau’s van een cesium-atoom, specifiek in cesium-133, de enige stabiele isotoop van dit element. Uiterst precieze atoomklokken op basis van cesium kennen een afwijking van minder dan één seconde in vele miljoenen jaren.

Het 133Cs atoom definieert sinds 1967 de standaard van tijd, de seconde. De referentie is een specifieke ‘hyperfijne’ energetische overgang in de grondtoestand van het 133cesium atoom (in rust, bij 0 K). De daarmee corresponderende straling heeft volgens de definitie uit 1967 een frequentie van 9.192.631.770 Hz. Anders gezegd: één seconde is precies de duur van 9.192.631.770 perioden van die straling.

Maar het kan echter nóg preciezer!

Afbeeldingsresultaat voor cesium atoomklok
Wetenschappers hebben een nieuw soort atoomklok gemaakt die preciezer is dan ooit en pas na 15 miljard jaar slechts 1 seconde zal afwijken.

Cesium vindt ook een toepassing in foto-elektrische cellen: het foto-elektrisch-effect. Ook infraroodlampen zijn voorzien van cesium of cesiumchloride.

56. Barium (Ba)

Barium
Atoommassa 137,327 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 6s2
Zilverwit alkalimetaal.

Chemisch gezien is barium vrijwel identiek aan calcium. Het oxideert erg makkelijk bij blootstelling aan de lucht en reageert heftig met water. Barium moet worden bewaard in zuurstofvrije vloeistoffen.

Rond het jaar 1500 werden bariumzout bevattende stenen magische krachten toegekend, omdat ze een lichte gloed afgaven na te zijn verhit in houtskool. Zelfs na enkele jaren bleven de stenen in het donker nog nagloeien. Tegenwoordig staat dit verschijnsel bekend als fosforescentie:

Het nagloeien in stoffen is het een gevolg van langzaam terugvallen van door bestraling met ’n lichtbron aangeslagen-elektron. Het feit dat dit langzaam gebeurt komt doordat het terugvallen van de elektronen naar de grondtoestand in de kwantummechanica een ‘verboden overgang’ kent. Dit heeft te maken met de ‘uitsluitingsprincipe van Pauli’: twee elektronen met ’n zelfde ‘spin’ mogen zich niet in één baan bevinden…..

Na drie uur zonlicht gekregen te hebben lichten de stenen ongeveer één tot twee uur op in het donker. De in de middeleeuwen al bekende ‘Bologna-stenen’ – lichtgevende kiezels – bevatten bariummineralen.

De Lanthaniden

De elementen vanaf lanthaan (57) tot en met lutetium (71) worden de lanthaniden genoemd. Een aantal lanthaniden behoren tot de zogenoemde ‘zeldzame aardmetalen’

Zeldzame Aardmetalen, ook wel genoemd Zeldzame Aarden, worden in het Engels Rare Earth Elements (REE) genoemd, en hebben veelal (hightech) toepassingen. De Zeldzame Aardelementen komen dus zelden vrij als metaal voor in de aardse natuur. Als men het over de Zeldzame Aardelementen heeft, praat men dan ook meestal over de oxidevorm (Rare Earth Oxide).

De naam ‘Zeldzame Aarden’ is eigenlijk niet correct. Het zijn geen Aardmetalen, maar behoren tot de overgangsmetalen. Het woord “Aarde” komt van het Franse terre, dat ook oxide kon betekenen: ze oxideren snel met zuurstof. Men nam aan dat deze elementen relatief zeldzaam waren, omdat er vrij weinig ertsen van zijn.

Het gaat hier om een groep elementen die allemaal ontdekt zijn via de isolatie van hun oxide. De term ‘zeldzaam’ vindt zijn oorsprong in het feit dat deze oxiden (aarden) bijzonder moeilijk te herkennen en scheiden zijn. Het duurde meer dan een eeuw voordat ze allemaal ontdekt waren. In dezelfde periode werd bijna honderd keer de ontdekking van andere nieuwe elementen geclaimd.

Na verloop van tijd kwam de term ‘zeldzaam’ ook in zwang als aanduiding van de elementen zelf. Ze werden vaak pas vele jaren na hun ontdekking in zuivere vorm geïsoleerd.

57. Lanthaan (La)

Lanthanum
Atoommassa 138,9055 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Het gemakkelijk vervormbare lanthaan is een van de meest reactieve zeldzame aardmetalen. Het oxideert gemakkelijk in lucht.

58. Cerium (Ce)

Cerium
Atoommassa 140,115 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Cerium is een grijs glanzend metaal dat zich makkelijk laat vervormen.

De hoeveelheidsverhouding van het meest voorkomende zeldzame aardelement, cerium (Ce), is 68 ppm (parts per million). Daarmee is het ’t 25e element in de aardkorst! Dat betekent dat het vaker voorkomt dan lood!!

Cerium is vernoemd naar de dwergplaneet Ceres, die in het 1801 ontdekt werd. Het element behoort tot de zeldzame aardmetalen, maar komt op aarde bijna net zoveel voor als koper. Het oxideert gemakkelijk, vooral in vochtige lucht. Cerium is één van de meer reactieve zeldzame aarden: bij bewerking met een mes of een zaag kan het zomaar ontbranden. Je vindt cerium in aanstekers.

59. Praseodymium (Pr)

Praseodymium
Atoommassa 140,9077 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f3 6s2
Praseodymium is een zacht, zilvergrijs metaal uit de reeks van zeldzame aarden.

Het krijgt bij blootstelling aan de lucht vrij snel een groenkleurige oxidelaag (het Griekse woord prasios betekent groen). Het moet daarom in olie of luchtdicht worden bewaard. Het glas van lasbrillen bevat praseodymium, net zoals sommige permanente magneten.

60. Neodymium (Nd)

Neodymium
Atoommassa 144,24 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f4 6s2
Glas kan gekleurd worden van zuiver violet tot rood en grijs door er neodymium aan toe te voegen. Het is een van de meest reactieve lanthaniden en reageert ook met zuurstof, daarom luchtdicht of in olie bewaren.

61. Promethium (Pm)

Promethium
Atoommassa 146,92 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f5 6s2
Promethium is een niet stabiel, radioactief element uit de reeks van de zeldzame aarden.

Het element promethium is vernoemd naar Prometheus, een titaan uit de Griekse mythologie. Hij stal het vuur uit de hemel om het de mensen tot nut te laten zijn. Het komt op aarde alleen ‘natuurlijk’ voor als vervalproduct van uraniumisotopen. Vanwege de radioactiviteit van promethium vertonen zouten van het metaal luminescentie: ze ‘gloeien’ in het donker met een vaalblauwe of -groene kleur.

62. Samarium (Sm)

Samarium
Atoommassa 150,36 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f6 6s2
Samarium is een zilverachtig glanzend metaal uit de reeks van de zeldzame aarden. Het is redelijk stabiel in lucht maar bij hogere temperaturen (boven 150°C) vliegt het vanzelf in brand. Je vind samarium vooral in elektronicaproducten, magneten, keramiek en glas.

63. Europium (Eu)

Europium
Atoommassa 151,965 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f7 6s2
De lanthanide Europium is ongeveer zo hard als lood en tamelijk goed vervormbaar. Het is een zeer reactief element en oxideert gemakkelijk in lucht. Het vliegt spontaan in brand bij verhitting tot zo’n 150 tot 180°C.

64. Gadolinium (Gd)

Gadolinium
Atoommassa 157,25 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f7 5d1 6s2
Het is een magnetisch metaal bij kamertemperatuur (twintig graden Celsius) maar verliest zijn magnetisme als je het in je hand opwarmt.

MRI contrastmiddel

Oplosbare verbindingen met gadolinium dienen als contrastvloeistof bij Magnetic Resonance Imaging (MRI). Vanwege de ongepaarde elektronen van het gadolinium zijn ze goed zichtbaar op de scan. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk delen van de bloedsomloop zeer scherp af te beelden en vernauwingen, blokkades of lekkages te detecteren. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden.

65. Terbium (Tb)

Terbium
Atoommassa 158,9253 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f9 6s2
Het zilvergrijze terbium is een gemakkelijk vervormbaar en zacht metaal dat zich met een mes laat snijden

Een aantal terbium-gebaseerde materialen vertoont bijzondere eigenschappen zoals drukafhankelijke fluorescentie, sterke vormverandering onder invloed van een magnetisch veld of triboluminescentie: kristallen geven licht als ze breken.

Fluorescentielamp
Verbindingen met terbium worden gebruikt als groen fluorescerende stof.

66. Dysprosium (Dy)

Dysprosium
Atoommassa 162,50 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f10 6s2
De naam dysprosium is afgeleid van het Griekse woord dys­prositos voor ‘moeilijk te verkrijgen’. Dat herinnert aan de moeite die het kostte om het element te identificeren en isoleren. 

67. Holmium (Ho)

Holmium
Atoommassa 164,9303 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f11 6s2
Het relatief zachte en goed vervormbare holmium is onder normale omstandigheden stabiel in droge lucht. In vochtige lucht bij hoge temperaturen oxideert het snel tot het gele oxide.

Holmium heeft een groot magnetische moment d.w.z. dat het een duidelijke magnetische sterkte en richting geeft. De hoge magnetische sterkte wordt benut om sterke magneetvelden te genereren. Het element is zelf niet permanent magnetisch, maar dient als concentrator van magnetsche flux (in poolschoenen) in combinatie met andere magneten.

68. Erbium (Er)

Erbium
Atoommassa 167,26 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f12 6s2
Erbium is een vrij zacht en buigzaam glanzend metaal. Dankzij erbium is efficiënt informatietransport via glasvezels mogelijk – de frequentie van het door erbium uitgezonden licht wordt nauwelijks door zo’n vezel geabsorbeerd. Het communicatiesignaal wordt vervolgens versterkt door de interactie met de erbiumionen.

69. Thulium (Tm)

Thulium
Atoommassa 168,9342 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f13 6s2
Thulium is een gemakkelijk verwerkbaar, zacht zilvergrijs metaal.

Dit element is op promethium na het minst voorkomende element uit de reeks van de lanthaniden. Het doet zijn naam als zeldzame aarde dus eer aan.

70. Ytterbium (Yb)

Ytterbium
Atoommassa 173,04 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 6s2
Het lanthanide ytterbium is vernoemd naar het Zweedse plaatsje Ytterby, net zoals yttrium, erbium en terbium. Ytterby is de vindplaats van de ertsen waarin veel lanthaniden ontdekt zijn. Ytterbium is niet bijzonder zeldzaam maar toch tamelijk lastig te winnen omdat het minder dan andere lanthaniden de neiging heeft zich op te hopen.

71. Lutetium (Lu)

Lutetium
Atoommassa 174,967 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d1 6s2
Lutetium het laatste element in de rij van de lanthaniden en de zeldzame aarden.

Het is het minst voorkomende en misschien wel duurste element uit die reeks. Toch komt lutetium in grotere hoeveelheden in de aardkorst voor dan goud. Het is lastig om uit lutetiumhoudende mineralen het pure, zuivere metaal te verkrijgen. De naam lutetium is afgeleid van Lutetia, de Latijnse benaming voor Parijs: de woonplaats van de ontdekker. De naam was aanvankelijk lutecium.

72. Hafnium (Hf)

Hafnium
Atoommassa 178,49 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d2 6s2
Net als zirkonium is hafnium een sterk, zilverachtig (overgangs)metaal. De twee elementen komen altijd samen voor en geen twee elementen zijn lastiger van elkaar te scheiden.
Zirkonium

De naam hafnium verwijst naar Kopenhagen, de stad waar hafnium ontdekt werd (in het laboratorium van de fameuze scheikundige Niels Bohr). De oude Latijnse naam voor Kopenha­gen is Hafnia. Dankzij hafniumoxide zijn computerchips de laatste jaren complexer en sneller geworden. Het materiaal is zo’n goede isolator dat steeds kleinere details mogelijk zijn.

73. Tantalium (Ta)

Tantalum
Atoommassa 180,9479 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d3 6s2
Een (overgangs)metaal

De naam tantalium is afgeleid van koning Tantalus uit de Griekse mythologie – net zoals het begrip tantaluskwelling. Tantalus, zoon van Zeus, had de toorn van de goden gewekt en moest als straf tot zijn kin in het water staan. Toch kon hij zijn dorst niet lessen, want zodra hij wilde drinken zakte het water buiten zijn bereik. Met de naam voor dit element refereert de ontdekker aan het feit dat het isoleren van tantaal(oxide) zo moeizaam ging dat het een ware Tantaluskwelling was.

74. Wolfraam (W)

Tungsten
Atoommassa 183,84 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d4 6s2
Grijs (overgangs)metaal. In het Engelse taalgebied heet dit element tungsten.

Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt van alle elementen: 3422 oC en wordt daarom veel toegepast onder zware thermische belasting, bijvoorbeeld in laselektrodes en gloeidraden. Een wolfraamdraad van 100 µm doorsnede, opgerold in een dubbele spiraal, in een lamp gevuld met argon of krypton geeft een intens wit licht bij 2.800 – 3.000 ºC.

Wolfraam heeft vrijwel dezelfde dichtheid als goud (goud 19320 kg/m³, wolfraam 19300 kg/m³) maar goud is ongeveer duizend keer zo duur. Daarom is wolfraam, zij het sporadisch, gebruikt om goudstaven te vervalsen door de binnenkant met wolfraam te vullen.

75. Renium (Re)

Rhenium
Atoommassa 186,21 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d5 6s2
Dit (overgangs)metaal werd in 1925 gedecteerd in Duitsland vermoedelijk aan de Rijn.

Renium wordt veel gebruikt in legeringen die bestand moeten zijn tegen zeer hoge temperaturen. Rheniform is een katalysa­tor (reactie-versneller) met platina en renium (ca. 0,3 %) voor de productie van loodvrije benzine. Dmitri Mendelejev had het bestaan van dit element al voorspeld bij het opstellen van zijn periodiek systeem. In de versie van 1871 plaatste hij het toen nog hypothetische dvi-mangaan in het gat tussen wolfraam (element 74) en osmium (element 76).

76. Osmium (Os)

Osmium
Atoommassa 190,23 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d6 6s2
Het blauwig glanzende (overgangs)metaal is ongeveer even zeldzaam als goud en komt ook net als goud in metallische vorm in de natuur voor.

Je vindt osmium als legeringselement in zeer harde materialen voor bijvoorbeeld vulpenpunten, elektrische contacten en kompasnaalden. Het werd ook gebruikt voor de naald van oude fonografen (de voorloper van de platenspeler).

77. Iridium (Ir)

Iridium
Atoommassa 192,22 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d7 6s2
Het (overgangs)metaal Iridium is één van de zeldzaamste metalen. Het komt uiterst weinig voor in de aardkorst, maar is wel aanwezig in meteorieten.

Iridium komt voor in meteotieten, dus de ontdekking van een dun laagje iridium in gesteenten bij Yucatán (Mexico), werd direct geassocieerd met de inslag van de grote meteoriet die de dinosauriërs deed uitsterven. Indium is verder een bijproduct van de zink-, ijzer-, lood-, en koperwinning. Het element ‘verraadt zich’ door de kleur indigo. Metallisch iridium is hard en zilverachtig en vindt een toepassing in injectienaalden en op de punt van dure vulpennen.

Iridium en andere zeldzame elementen zijn nodig voor consumentenelektronica, zoals touchscreen- en lcd-beeldschermen, zonnepanelen, windmolens, IPad en ook in mobieltjes. De grondstoffen schaarste wordt niet alleen veroorzaakt door beperkte bodemvoorraad maar ook door export beperking van de producerende landen. De indiumproductie is voor de helft in handen van China.

Strategische mineralen gaan schaars worden. Voorraden van zeldzame mineralen bevinden zich in een paar landen, die dus een monopoliepositie hebben. De schaarste vormt een bedreiging voor onze hightech-industrie die zich bezig houdt met groene technologieën, zoals windturbines en zonnepanelen.

78. Platina ( Pt)

Platinum
Atoommassa 195,08 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d9 6s1
Dit (overgangs)metaal is een edelmetaal, omdat het nauwelijks kan worden aangetast door oxidatie.

Uit opgravingen is gebleken dat platina al in het Egypte van de zevende eeuw voor Christus werd gebruikt als materiaal voor sieraden. Ook in tweeduizend jaar oude graven aan de westkust van Zuid Amerika is platina aangetroffen. De geschiedenis van het metaal in Europa en Azië gaat minder ver terug. In de 18e eeuw is in Europa dit metaal ontdekt en vernoemd naar het Spaanse verkleinwoord woord platina, wat ‘klein zilver’ betekend, dit omdat het vaak met zilver werd verward.

Je vindt platina ook in de autokatalysatoren voor de reiniging van uitlaatgassen. Per auto is ongeveer twee gram platina nodig.

79. Goud (Au)

Gold
Atoommassa 196,9665 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s1

Het symbool van goud Au is de afkorting van het Latijnse aurum voor geel (vergelijk ook het oud Romaanse aurora voor licht of glans).

Goud is extreem rekbaar: één gram van dit edelmetaal is uit te walsen tot een oppervlakte van twee tennisvelden (vijfhonderd vierkante meter) of uit te rekken tot een draadje van maar liefst drie kilometer lengte. Het werd al vóór 4.000 v. Chr. gebruikt als sieraad en ruilmiddel. De geweldige aantrekkingskracht van goud wordt beschreven in verschillende mythes bijvoorbeeld die rond Koning Midas, die alles wat hij aanraakte in goud veranderde.

Afbeeldingsresultaat voor koning midas goud

In de oudheid was goud niet alleen bekend als waardevol, maar ging er ook magie van uit en stond het symbool voor zuiverheid. Alchemisten zijn lange tijd op zoek geweest naar de steen der wijzen, om andere materialen te transformeren in goud. Dat zij daar nooit in zijn geslaagd, is vanuit de huidige inzichten over de opbouw van atomen goed te verklaren.

Gerelateerde afbeelding
De steen deze wijzen.
De Grasbergmijn is de omvangrijkste goudmijn en op twee na grootste kopermijn ter wereld. De mijn ligt in de Indonesische provincie Papoea.
De Grasbergmijn gezien vanuit de ruimte

80.Kwik (Hg)

Mercury
Atoommassa 200,59 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2
Dit zilverachtig (overgangs)metaal is het enige metallische element dat vloeibaar is bij kamertemperatuur.

De naam is afgeleid van het ‘levendige’ gedrag van het metaal. Het symbool Hg is afkomstig van de Latijnse naam hydrargyrum voor vloeibaar (waterachtig) zilver. In het Nederlands is de naam kwik het ‘restant’ van kwikzilver. Het Engels kent de term quick silver als alternatief voor de officiële naam mercury. Dat is afgeleid van Mercuri­us, de boodschapper van de goden en god van de handel in de Romeinse mythologie. De oude alchemisten koppelden de destijds bekende elementen aan hemellichamen. Voor kwik was dat de planeet Mercurius.

Toepassingen

Lagedruklampen produceren veel ultraviolet licht (280 nm). Hogedruklam­pen produceren ’n grotere hoeveelheid zichtbaar licht, dus met een langere golflengte (tussen 380 nm en 780 nm). Lagedruk­kwiklampen worden toege­past in de fotochemie, de spectroscopie en in hoogtezon­nen (zonne­banken). Hogedruk­kwiklampen worden gebruikt in schijnwer­pers voor terrein- en wegver­lichting.


Vanwege de gezondheidsrisico’s en de daarmee samenhangende regelgeving worden kwik (met name in open systemen) en kwikverbindingen steeds minder toegepast. De Romeinen wisten overigens al dat kwik een gevaarlijke stof was omdat de mensen die in kwikmijnen gingen werken na een half jaar stierven. Om die redenen moesten de slaven in de kwikmijnen werken.

Voor spaarlampen worden kleine gasontladingsbuizen gebruikt met kwikdamp. Deze buizen geven een hoge lichtopbrengst bij een laag vermogen.

Kwik werd vroeger veel gebruikt voor de meting van druk, met als bekendste de luchtdruk (barometer) en de bloeddruk. Ook dit is tegenwoordig verboden, maar de eenheid van bloeddruk is nog steeds ‘millimeter kwik’ (mm Hg). Een bloeddruk van 120 mm Hg kan dus in een buisje 12 cm aan kwik omhoog drukken.

In oude thermometers kan men kwik aantreffen. Het metaal is daarvoor zeer geschikt vanwege een constante uitzet­tingscoëfficiënt en grote dichtheid. Tegenwoordig is dat verboden.

Kwik werd door de alchemisten be­schouwd als de sleutel in de omzetting van ‘normale’ metalen in goud. De oudste kwikmijn bevind zich in Spanje.

Gerelateerde afbeelding
Informatie kwikmijn Almadén in Spanje.

81 Thallium (Tl)

Thallium
Atoommassa 204,3833 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p1
Dit (hoofdgroep)metaal is een zeer zacht, loodachtig metaal dat makkelijk met een mes te snijden is.

Het metaal is bijzonder giftig en wordt als het meest giftige ‘gewone’ element beschouwd. Radio-actieve elementen als polonium en plutonium zijn zelfs bij ’n lagere doses al dodelijk. Thalliumsulfaat is jarenlang toegepast als rattengif.

De naam thallium is afgeleid van het Griekse thallos voor ontluikende knop. Dit vanwege de karak­teristieke groene kleur van één van de spectraallijnen van het element. Thallium werd in 1861 ontdekt met behulp van spectrosco­pi­sche analyse van slib dat achterbleef bij de bereiding van zwavelzuur.

Toepassing in thermometers voor het meten van zeer lage temperatu­ren (tot -60 ºC) en bepaalde thermostaten bevatten een mengsel van kwik en thallium. Deze apparatuur wordt gebruikt in poolstreken en in de stratosfeer. Voor medisch onderzoek wordt de isotoop thallium-201 gebruikt.

82. Lood (Pb)

Lead
Atoommassa 207.2 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe} 4f 14 5d 10 6s2 6p2
Dit dog grijze (hoofdgroep)metaal is het zwaarste element en is tevens zacht, buigzaam en kneedbaar.

De naam lood is waarschijnlijk afgeleid van het Keltische loud of van het Sanskriet loka. dat rood­ach­tig betekent. Dit vanwege de roodachtige kleur van het oxide (menie). Het symbool Pb is afkomstig van de Latijnse naam voor lood, plumbum. Het wordt toegepast in dakbedekkingen en als stralingsbeschermer. Loodtoepassingen zijn inmiddels achterhaald vanwege de milieu- en gezondheidsaspecten. Lood is giftig en hoopt zich op in het lichaam. Zelfs kleine hoeveelheden lood(verbindingen) kunnen de ontwikkeling en het functioneren van de hersenen beïnvloeden!!

De Romeinen produceerden naar schatting tot wel 80.000 ton lood per jaar. Ze pasten het toe in standaardgewichten en munten en in allerlei gebruiksvoorwerpen zoals borden, drinkbekers en kookpotten. De Romeinen waren hun tijd ver vooruit met een drinkwatervoorziening waarbij ze loden pijpen gebruikten. (Van het gebruik bij waterleidingen – en de wijze van verwerking – is het woord loodgieter afkomstig). De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

Dit was allemaal niet ongevaarlijk: bepaalde beschrijvingen van ziektebeelden in die tijd doen denken aan de symptomen van loodvergiftiging. Sommige historici schrijven de teloorgang van het Romeinse rijk (voor een deel) toe aan het veelvuldig toepassen van lood.

Romeinse loden waterleidingbuis.

De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

83. Bismut (Bi)

Bismuth
Atoommassa 208,9804 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f 14 5d 10 6s2 6p3
Het zware, zilverachtige bismut is een tamelijk bros (hoofdgroep)metaal, dat in vroeger tijden vaak werd verward met lood vanwege de zwaarte van het metaal..

Legeringen van bismut met lood, zink of tin hebben een relatief laag smeltpunt (zo tussen 40 °C en 140 °C). Ze dienen als smeltdraad in elektrische smeltveiligheden (zekeringen, ook bekend als ‘stoppen’). Deze draad smelt als de stroomsterkte te hoog wordt, waardoor de stroomkring automatisch wordt onderbroken. Ook in sprinklerinstallaties is een smeltdraad (of smeltplaatje) aanwezig. Bij te hoge temperatuur smelt de draad en treedt automatisch de sproeikop in werking.

Hoewel bismut tot de zware metalen behoort, is het niet giftig en is dus onschadelijk voor organismen. Basisch bismutnitraat, Bi(OH)2NO3, heeft zelfs een sterke desin­fec­terende werking en wordt onder andere gebruikt in windsels bij de verzor­ging van brandwonden.

84. Polonium (Po)

Polonium
Atoommassa 208.9824 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p4
Dit semimetaal (metalloïde) is uiterst radioactief.

Polonium werd ontdekt in 1898 door Marie Curie na het verwerken van onvoorstelbare hoeveelheden uraniumerts-restanten. De straling van dit erts (pekblende) was namelijk veel groter dan op grond van het aanwezige uranium was te verklaren. Marie Curie ging op zoek naar de stof die deze straling moest veroorzaken. Uit 2 ton pekblende wist ze 2 milligram materiaal te isole­ren, dat voor ongeveer 5% uit het onstabiele isotoop 210Po bestond. Het dodelijke element werd in 2006 gebruikt voor de moord op de Russische dissident Litvinenko.

In tabak zijn minuscule hoeveelheden polonium te vinden. Sommige wetenschappers veronderstellen dat de aanwezigheid van het element rol speelt bij het ontstaan van longkanker. Een radioactief isotoop van polonium zit ook in sigarettenrook.

Instabiele poloniumkernen vallen zeer snel uiteen zodat extreem veel reactie­warm­te vrijkomt in de vorm van straling. Polonium zendt vijfduizend keer zoveel straling uit als een even grote hoeveelheid van het eveneens zeer radioactieve radium. Deze stralingswarmte is vervolgens om te zetten in elektrische energie. Zo ontstaat een lichtgewicht energie­bron die gebruikt wordt in nucleaire batterijen voor ruimte­schepen en satellieten.

85. Astaat (At)

Astatine
Atoommassa 209,9871 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [ Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p5
Het uiterst radioactieve astaat zou een metalloïde kunnen zijn. Het is bijzonder zeldzaam vanwege de zeer korte halfwaardetijd van alle isotopen.

De naam astaat komt van het Griekse woord astatos dat betekent insta­biel. Alle bekende astaat-isotopen zijn namelijk instabiel en vervallen vrij direct. Hoeveelheden die groot genoeg zijn om met het blote oog waar te nemen verdampen meteen door de intense radioactiviteit. Schattingen van de aanwezigheid in de gehele aardkorst lopen uiteen van een tiende gram tot hooguit enkele tientallen grammen.

De plek in het periodiek systeem onder jodium bleef lange tijd leeg vanwege de instabiliteit van het element, waarvan het bestaan al door Mendelejev was voorspeld. Uiteindelijk is het in 1940 gelukt om het element te ‘synthetiseren’ in het cyclotron (een circulaire deeltjesversneller) door een bombardement van bismuth-209 met alfa-deeltjes (helium4-kernen).

Bij het radioactief verval van zware elementen worden alfadeeltjes in de vorm van straling uitgestoten.

Alfadeeltjes zijn gevaarlijk als ze inwerken op weefsel, omdat ze daarin chemische reacties teweegbrengen. Deze stralingsdeeltjes zijn echter gemakkelijk tegen te houden met een blad papier is genoeg. Alfastraling is daarom eigenlijk alleen gevaarlijk als ze in het lichaam worden opgenomen, bijvoorbeeld wanneer men alfadeeltjes via het voedsel of via injectie naar binnen krijgt. Eenmaal in het lichaam kunnen zij in hun directe omgeving grote schade aanrichten omdat alle energie die vrijkomt bij hun verval zich in een klein gebied om de vervallende kern concentreert.

Een andere besmettingsweg is de blootstelling aan gasvormige alfastralers. Als radium (2 elementen verder in het systeem) door alfaverval twee protonen verliest, wordt het edelgas radon gevormd. Radon is een alfastraler. Doordat radon ingeademd kan worden, is het veel gevaarlijker. De zeer krachtige alfastraling raakt de binnenkant van de longen en kan daar veel schade aanrichten. Bovendien zijn de eveneens radioactieve vervalproducten niet meer vluchtig en zij zetten zich daarom af in de longen.

86. Radon (Rn)

Radon
Atoommassa 222.0176 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p6
Afbeeldingsresultaat voor volcanic lightning with radon
Radon, een radioactief edelgas, maakt o.a.
deel uit van de pluimen tijdens vulkanische bliksems.

Voorafgaand aan aardbevingen is vaak een sterke stijging in de radon-con­centratie waar te nemen. Dit gebeurt tijdens de opbouwfase waarin de spanning in gesteenten sterk toeneemt. Radon is dan een aardschokvoorspeller.

Sommige grond- en steensoorten bevatten sporen van uranium die tot radium vervallen, dat op zijn beurt weer vervalt tot radon. In die lage concentratie wordt aan radon- houdend water, mits gedoseerd gebruikt, een helende werking toegeschreven.

Bij standaardtemperatuur en -druk is het een kleurloos gas, maar afgekoeld tot onder het vriespunt neemt radon een fluorescerend gele kleur aan en bij nog lagere temperaturen verandert dat in oranjerood. Hoewel radon een edelgas is, dat nauwelijks verbindingen aangaat met andere elementen, is experimenteel aangetoond dat het verbindingen kan aangaan met fluor.

87. Francium (Fr)

Francium
Atoommassa 223 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Radon] 7s1
Dit is een radioactieve (alkali)metaal.

Francium bestaat slechts bij de gratie van radioactief alfa-verval van actinium, een actinide 2 elementen verder. Franciumverbindingen komen alleen voor in mineralen en gesteenten waarin actinium-verbindingen aanwezig zijn als gevolg van radioactief verval, zoals uraan- en lanthaan-minera­len. Franciumisotopen worden ook aangetroffen tussen de vervalproducten van kunstmatig gemaakt plutoni­um. Een francium atoom bestaat slechts voor korte tijd want francium is één van de minst stabiele natuurlijk voorkomende elementen. Er is op de hele aardbol op enig moment naar schatting slechts twintig tot dertig gram van aanwezig.

88. Radium (Ra)

Radium
Atoommassa 226,03 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 7s2
Het zeer radioactieve radium is het zwaarste bekende aardalkalimetaal. Zuiver metallisch radium is helderwit, maar wordt met zuurstof in de lucht snel zwart.
het is ook lichtgevend met een zwak blauwgroene kleur.

De naam radium is ontleend aan de radioactieve straling die het uitzendt. Aangezien radium ontstaat uit het verval van uranium, wordt het altijd aangetroffen in uraniummijnen. Hoe ontdekken chemici een element: Marie en Pierre Curie ontdekten radium in 1898 in een monster uraniniet (pekblende). Ze toonden het aan met behulp van spectraalanalyse. Om meer van het element in handen te krijgen verwerkten ze twee wagonladingen afval, overgebleven bij de uraniumwinning. Het leverde slechts 1/10 gram radium op!!

In 1910 verkreeg Marie Curie het eerste metallische radium. Ze elektrolyseerde een oplossing van een radium-kwik verbinding. Uit de ontstane radium-kwik-legering isoleerde ze het radium via afdampen van het kwik bij 700 °C in een waterige oplossing.

Vlak na de ontdekking werd radium als een soort radioactief wondermateriaal beschouwd. Het kreeg toepassingen in lichtgevende verf, maar ook in tandpasta en andere producten die goed zouden zijn voor de gezondheid. Meisjes die werkten of gewerkt hadden aan het aanbrengen van de radiumverf ontwikkelden zweren, bloedarmoede en botkanker.

Het duurde een kwart eeuw voordat de gevaren van radium serieus werden genomen. Gemeten naar gewicht is radium een miljoen maal radioactiever dan uranium. Tegenwoordig wordt radium gebruikt bij het opstarten van een kernreactor.

De actiniden

Dit zijn een serie van 15 elementen met de atoomnummers 89 t/m 103. Alle actiniden zijn radioactief en vervallen spontaan naar lagere elementen, uiteindelijk naar lood. Twee actiniden (thorium en uranium) komen echter nog als natuurlijk element op Aarde voor doordat zij isotopen hebben met een halveringstijd van miljarden jaren. Dat is de tijd waarna van een oorspronkelijke hoeveelheid stof nog precies de helft over is.

Alle actiniden zijn radioactief.

89. Actinium (Ac)

Actinium
Atoommassa 227,0728 u
3 Valentie-elektronen // [Rn] 6d1 7s2

Actinium is te vinden in het uraniumerts pekblende, net als radium en polonium. Het is bijzonder radioactief, honderdvijftig keer meer dan radium. De naam is afgeleid van het Griekse woord akti­nos, dat straal betekent. Actinium werd in 1899 ontdekt in het residu van uraniumerts waaruit Marie en Pierre Curie een jaar eerder al radium hadden geïsoleerd.

  • Het is één van de meest zeld­zame ele­menten. Het aandeel in de aardkorst is qua gewicht slechts 5,5.10-14 %.
  • Vanwege de schaarste, hoge prijs en extreme radioactiviteit heeft actinium geen industriële toepassingen. Het wordt incidenteel wel gebruikt voor medische doeleinden (lokale bestraling).
  • Actinium is een zilverkleurig metalliek metaal dat dusdanig radioactief is, dat het in het donker een blauwe gloed uitstraalt.

90. Thorium (Th)

Thorium
Atoommassa 232,04 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d2 7s2
Afbeeldingsresultaat voor thorium
Kernenergie van thorium is een nieuwe en duurzame techniek,

Thorium is een stof die niet splijtbaar is, maar het kan wel omgezet worden in een vorm van uranium die wel splijtbaar is. Dit is uranium-233. Deze stof verliest in 160.000 jaar tijd de helft van de radioactiviteit. Zo wordt het gevaar van de radioactiviteit dus kleiner, want kernafval van uranium geeft langer straling af. Bij de omzetting van deze stof is wel uranium nodig, dit gebeurt in lastige stappen.

Thorium is een nucleaire energiebron, maar wordt nauwelijks benut. Er zit misschien wel meer energie in de aardse thoriumvoorraden dan in alle uraniumertsen én fossiele energiebronnen bij elkaar. Video thorium-oplossing-voor-het-energieprobleem

Puur thorium is een zilverwit glanzend metaal, maar na enkele maanden zorgt oxide ervoor, dat het dofgrijs en uiteindelijk zelfs zwart wordt. Thorium is redelijk bestand tegen water en lost niet op in de meeste zuren, behalve in zoutzuur. Het smeltpunt van thoriumoxide is 3300°C, het hoogst van alle bekende oxides en bijna van alle bekende materialen.

Thorium heeft een zeer hoge elektronenemissie. Het wordt gebruikt in gloeidraden van elektronenbuizen en van kwikdamplampen met een hoog vermogen, en is ook te vinden in gloeikousjes van (camping)gaslampen.

91. Protactinium (Pa)

Protactinium
Atoommassa 231,04 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f 2 6d1 7s2

Het heeft een proton méér dan thorium en staat dus een positie hoger in het periodiek systeem. Opmerkelijk genoeg heeft het een lager atoomgewicht, omdat de meest voorkomende isotopen minder neutronen in hun kern hebben dan thorium.

Protactinium is zeer schaars, radioactief en giftig. Als vervalproduct van uranium-238 is het te vinden in uraniumertsen.

Vrijwel al het natuurlijke protactinium is het onstabiele isotoop 231Pa, een vervalproduct van de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met een halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

92. Uranium (U)

Uranium
Atoommassa 238,03 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f3 6d1 7s2
Natuurlijk uranium bestaat grotendeels uit de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met ’n halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

Het uranium-238 dat op Aarde voorkomt is gevormd door nucleosynthese in supernova’s. (opbouw van zwaardere uit lichtere atomen en het ontstaan van hun isotopen)

De nucleaire toepassingen en de natuurlijke radioactiviteit hebben uranium tot een element gemaakt dat tot de verbeelding spreekt. Dit zwaarst bekende natuurlijk voorkomende metaal is niet bijzonder zeldzaam. De meest bekende toepassing van uranium is het gebruik als ‘brandstof’ voor kernreactoren, als verrijkt uranium. Voor het op gang houden van een kettingreactie is een hoger percentage van het andere isotoop van uranium 235U noodzakelijk. Het bereiken van een hoger percentage wordt ‘verrijken’ genoemd. Uranium dient ook als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling. Eveneens wordt het zware metaal gebruikt als contragewicht in vliegtuigen (uiteraard verarmd uranium, een afval product). Uranium heeft namelijk een hoge dichtheid: een kubieke decimeter (een liter) weegt meer dan negentien kilo, dat is bijna twee keer zoveel als lood.

Ontdekking

Uranium werd in 1789 ontdekt in het mineraal uraniet, bekend als pekblende.

Uraniet
Gerelateerde afbeelding
Uraniumwinning uit erts

De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de VS aan het begin van de 20e eeuw. Er werd naar radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop 235U ontdekt. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy. Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.

Gyrokompas

Bij de navigatie van schepen maakt men gebruik van een gyrokompas. Daarin bevindt zich een zeer snel draaiende tol (6.000 – 24.000 omwentelingen per minuut), waarvan de as zich richt naar de aardas. Een tol met een grote traagheid maakt het kompas minder gevoelig voor de bewegingen van het schip. Daarom wordt materiaal gebruikt met een zeer grote dichtheid, zoals ver­armd uranium.

Transurane elementen

De elementen na uranium, dus vanaf neptunium (93), komen niet van nature op Aarde voor, maar alleen als vervalproducten of worden via nucleaire technieken ‘gesynthetiseerd’. Alle transuranen zijn radioactief met halfwaardetijden die veel korter zijn dan de leeftijd van de Aarde (4,5 miljard jaar), dat wil zeggen dat zij op Aarde al lang vervallen zijn. Zij worden echter wel voortdurend in het heelal aangemaakt gedurende bepaalde astronomische gebeurtenissen, zoals in supernova’s.

Twee van deze transuranen zal ik benoemen.

94. Plutonium (Pu)

Plutonium
Atoommassa 239,05 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f6 7s2
Een keramische brandstofpellet van Plutonium-238 oxide gloeit oranje door zijn radioactieve verval. Deze pellets worden gebruikt om warmte te leveren die wordt omgezet in elektriciteit op ruimtevaartuigen.

De totale aardse hoeveelheid plutonium van werkelijk natuurlijke oorsprong wordt geschat op enkele grammen. Daarentegen zijn vele honderden tonnen plutonium door de mens geproduceerd, speciaal voor de vervaardiging van kernwapens. Het testen van kernbommen heeft vele duizenden kilo’s in de aardse atmosfeer gebracht. Plutonium ontstaat ook als bijproduct in reguliere kernreactoren.

118. Oganesson (Og)

Atoommassa 293 u
Orbitaal [Rn] 5f14 6d 10 7s27p6

Van het (voorlopig) laatste element van het periodiek systeem zijn slechts een paar exemplaren ooit ‘gezien’. Element 118 is het zwaarste van alle bekende elementen en het meest recente ontdekte element.

Oganesson zou een edelgas kunnen zijn. Dit element is ontdekt door de Russische wetenschapper Yuri Oganessian. Hij was nauw betrokken bij de ontdekking van meerdere nieuwe elementen.

Nieuw elementen

Afbeeldingsresultaat voor transurane elementen
Door twee andere elementen in een gigantische deeltjesversneller op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115 – Ununpentium – met 115 protonen
Afbeeldingsresultaat voor op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115
Nieuw element met 117 protonen

Het denkende bewustzijn

De chemie van denken en bewustzijn

Welke hormonen regelen het menselijk bewustzijnsniveau en maken het denken mogelijk? bron Dr. S. Bosman, biologe SOTHIS Research, Culemborg en Stichting Milieubewustzijn, ’s-Graveland

De pijnappelklier (epifyse) produceert hormonen die invloed uitoefenen op ons denken. Daarnaast zijn het neurotransmitters,  die de hersencellen activeren of afremmen en daardoor de communicatie in onze hersenen bepalen. 

pineal gland에 대한 이미지 검색결과
De epifyse ligt centraal in ons hoofd

Het ligt in een gebied behorend bij het limbische systeem, dat te maken heeft met ’t emotionele leven. De epifyse is ook betrokken bij het dag- en nachtritme. Hier wordt melatonine geproduceerd uit serotonine en wordt in een met de tijd van de dag variërende hoeveelheid aan bloed en hersenvocht afgegeven. 

De pijnappelklier reageert dus op veranderingen in licht en donker door het uitscheiden van hormonen. Onze biologische klok in de suprachiasmatic-nucleus reageert op deze hormonen en bepaalt ons ritme van waken en slapen, dus ook ons bewustzijn.

  • De Pijnappelklier als schakel tussen hormonale- en neuronale regulatie De verschillende hormonen die de pijnappelklier afgeeft aan bloed en hersenvocht beïnvloeden waarschijnlijk het Reticulair Activerend Systeem (RAS). Dit is een bundel zenuwvezels dat tussen pons en kleine hersenen door de hersenstam loopt en van waaruit een netwerk van zenuwvezels doorloopt naar de hersenschors. Dit bepaalt mede het hersengolfpatroon en hiermee het niveau van wakkerheid van de mens.

            Nuclei raphes in de formatio reticularis

Serotonergische circuits hebben interactie met andere neurotransmittersystemen op een groot aantal verschillende moleculaire niveaus. Bij mensen speelt serotonine (5-HT) een modulerende rol in bijna elke fysiologische functie. Bovendien wordt gedacht dat serotonerge disfunctie betrokken is bij verschillende psychiatrische en neurodegeneratieve stoornissen.

           

  • De reticulaire formatie komt in de hersenstam, in de tussenhersenen, in het verlengde merg en in het ruggenmerg voor. Deze formatie coördineert de hersenzenuwen en stemt de activiteiten daarvan op andere delen van het centrale zenuwstelsel af. Om die reden wordt de reticulaire formatie ook wel regelkamer van ons bewustzijn genoemd. 
  • De vele zenuwprikkels (elektrische signalen die elk moment in de reticulaire formatie aankomen, worden hier gesorteerd, geïnterpreteerd, gefilterd en eventueel opgeslagen. De reticulaire formatie (formatio reticularis) zorgt ervoor, dat alleen ‘belangrijke’ informatie de grote hersenen en daarmee ons bewustzijn bereiken. In veruit de meeste gevallen wordt door de reticulaire formatie onderbewuste reacties teweeggebracht. De formatio reticularis is ook een belangrijk onderdeel van het Reticulaire Activerings Systeem…..Door een bepaald verlangen aandacht te geven wordt dit systeem automatisch geactiveerd. Het komt dus in werking als je ergens echt interesse in hebt, in iets dat jij energie geeft. Of je nu iets juist wel of niet wilt, het gaat altijd om het onderwerp waarop jij je op focust.

Wat is bewustzijn? 

Afbeeldingsresultaat voor bewustzijn is een aggregatietoestand
…..ik denk namelijk dat ’t bewustzijn een bepaalde structuur is waar we ons niet van bewust zijn, maar wat door iedereen en ook door elk (micro)organisme wordt beleefd. Ik ben er zelfs van overtuigd, dat ook anorganische stoffen ‘zich op één of andere manier bewust zijn van elkaars nabijheid’. Dit zal ik in een andere blog benaderen als het ‘Elementaire bewustzijn’.

Het is de structuur, het patroon wat informatie tot informatie maakt.                             Wat zijn dan die structuren en wat zijn hun samengestelde eigenschappen?………Het zijn niet de samengestelde deeltjes en eigenschappen, maar het is de structuur van informatie dat er echt toe doet……….

…..wat doet iemand, op een bepaald moment, op een bepaalde plaats, in een bepaalde gemoedstemming op iets afgestemd…….met informatie dat binnenkomt…..Wat word je je dan bewust en wat doe je ermee?

Alle informatie uit de buitenwereld, komt ons lichaam binnen via de zintuigen.

Onze zintuigen geven ons informatie over de omgeving waarin we zijn via onze ogen, oren, neus, tong en onze tast maken het mogelijk om ons te oriënteren. Al deze zintuigen ontvangen prikkels en worden door neuronen omgezet in elektrische signalen. Elektrische signalen worden via neuronen óf rechtstreeks naar de hersenen gestuurd óf eerst naar het ruggenmerg en dan naar de hersenen gestuurd, waar deze contact maken met andere neuronen.
De overgrote meerderheid van de elektrische signalen gaat in de hersenen allereerst naar de thalamus, een centraal gelegen structuur in de hersenen, het regelcentrum. Hier worden de signalen doorgestuurd naar het gebied in de hersenen waar het goed geïnterpreteerd en verwerkt kan worden.

naamloos
Elk zintuig-specialisme heeft een eigen, specifiek gebied in de hersenen waar de informatie wordt verwerkt. Zo bevindt ‘het zien’ zich in de Occipitaal kwab (visuele cortex, rood gebied), ‘de reuk’ en ‘het gehoor’ in de temporale kwab (geel en groen gebied) en ‘de smaak’ en ‘tast’ in de pariëtale kwab (paars en blauw gebied).

De manier waarop de informatie wordt verwerkt en op complexe manieren wordt omgezet in patronen en structuren, is voor iedereen verschillend. Ze zijn onwillekeurig verbonden aan een bepaalde plaats op een bepaalde tijd. Bovendien zijn ook de gevoelens van dat moment en waarop je bent afgestemd bepalend voor de complexiteit van de informatie. En vergeet ook niet het ouder wordend brein, of het ontstaan van hersenaandoeningen zoals angststoornissen, depressie, dementie en Alzheimer waardoor de informatie ánders vanzelfsprekend binnenkomt, bewust of onbewust…….

In hoeverre zijn we ons bewust van ons bewustzijn?

  • Bewustzijn is een bepaalde structuur van innerlijke en van buitenaf gekregen informatie. Hoe ervaar je je bewustzijn  als de structuur ervan uiteenvalt?

Het ouder wordend brein is zich aanvankelijk bewust dat ‘het dingen begint te vergeten’. 
Het geheugen werkt wat trager en als we niet meer zoveel dingen tegelijk kunnen onthouden, maken we ons daarover niet ongerust. Maar het wordt anders als u het gevoel krijgt dat u niet zo goed meer kunt nadenken. Of dat het warrig is in uw hoofd. Of dat er iets niet goed is. Dat vage ‘niet pluis’ gevoel waarmee u geen raad weet, maakt u misschien onzeker en u kunt zich er onbehagelijk bij voelen. Mensen om u heen merken subtiele maar terugkerende veranderingen; u vergeet dingen en soms gedraagt u zich wat anders. Is het nu vergeetachtigheid of dementie?

Wat is dementie?

Krimp hippocampus voorspelt Alzheimer. Het tempo waarin verlies van hersenweefsel optreedt, en voornamelijk in de hippocampus, voorspelt het risico op het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer al in een vroeg stadium. 

Tekening van de hersenen, waarin de hippocampus en gebieden van de hersenen van betrokkenheid bij de ziekte van Alzheimer Stockfoto - 13842536

De hippocampus is een hersenstructuur die belangrijk is voor het geheugen

Alzheimer en andere vormen van dementie ontstaan niet van de ene op de andere dag. Het begint sluipend en de achteruitgang neemt langzaam maar zeker toe. Wat zijn oorzaken van alzheimer?

1. Samenklontering van amyloid

video samenklontering amyloïde plaques  beta-amyloid-in-alzheimer

Amyloïde is een algemene term voor eiwitfragmenten die het lichaam normaal aanmaakt. Bèta amyloïde is een eiwitfragment van het veel grotere APP-eiwit (Amyloid Precursor Protein, ofwel amyloïde voorloper eiwit). Dit APP speelt een belangrijke rol bij de groei van zenuwcellen. Daarnaast is het ook betrokken bij het repareren van schade aan deze cellen. Het APP in de zenuwcellen wordt regelmatig vervangen. Daarbij wordt het oude APP door enzymen in kleinere stukjes geknipt.

  • Meestal ontstaan hierbij fragmenten die geen schade kunnen aanrichten. Onder bepaalde omstandigheden kunnen losse bèta-amyloïdeiwitten samenplakken tot onoplosbare draden. Deze draden kleven aan elkaar en aan stervende zenuwcellen vast. Hierbij vormen ze steeds groter wordende structuren: de plaques.
  • Het is nog niet duidelijk of plaques een oorzaak zijn van de ziekte van Alzheimer of een gevolg. Veel wetenschappers nemen aan dat bèta-amyloïde schadelijk is voor zenuwcellen. Mogelijk veroorzaken de plaques een ontstekingsreactie in de hersenen waarbij ons afweermechanisme schade aanricht aan onze neuronen.

2. Tau eiwitkluwen

video Tau eiwitkluwen beta-amyloid-and-tau-proteins

Neurofibrillaire tangles (knopen). Deze bestaan uit onoplosbare samengestrengelde vezels die in de hersencellen te vinden zijn. Zij bestaan voornamelijk uit het tau-eiwit.

Afbeeldingsresultaat voor neurofibrillaire tangles of knopen

Links een gezonde zenuwcel, rechts een zenuwcel zoals gezien bij Alzheimer. Buiten de cel bevinden zich plaques die de communicatie met andere zenuwcellen verstoren. Binnen de cel bevinden zich tangles.

De hersenen van mensen die Alzheimer hebben verschillen met die van gezonde ouderen. In deze hersenen bevinden zich namelijk plaques en tangles. Plaques zijn ophopingen van een bepaald eiwit tussen de hersencellen. Dat eiwit heet amyloïde . Bij ouderen en in het bijzonder bij ouderen met Alzheimer verloopt de afbraak van dit eiwit niet goed meer. Hierdoor ontstaan een soort eiwitbergjes tussen de hersencellen die de overdracht van berichten tussen de hersencellen kunnen belemmeren.

Op den duur worden ook de zenuwcellen zelf aangetast. Dit is onder andere te zien aan de aanwezigheid van tangles (kluwen). Dit is een wirwar van draadvormige eiwitten binnen een zenuwcel, die het functioneren van de zenuwcel onmogelijk maakt. De schade aan de hersencellen ontstaat mogelijk, doordat het lichaam met een ontstekingsreactie reageert op de aanwezigheid van plaques. Het afweersysteem probeert de plaques onschadelijk te maken met giftige stoffen. Dat lukt helaas niet, maar het tast op den duur wel de zenuwcellen aan. 


Door veroudering kan de structuur van het tau-eiwit veranderen. Dit veranderde of gemuteerde tau-eiwit is niet meer in staat bij te dragen aan de stevigheid van de cel. Als gevolg hiervan raakt ook de communicatie tussen zenuwcellen aangetast. Uiteindelijk kan een aangetaste zenuwcel zelfs geheel afsterven. 

Onder normale omstandigheden speelt het tau-eiwit een belangrijke rol bij het instant houden van de stevigheid van het ‘skelet’ van de zenuwcellen, de microtubuli. Ik maak nu even letterlijk een ’n aantal cruciale stapjes in de richting van ons bewustzijn.    

Afbeeldingsresultaat voor microtubuli

Dit skelet, dat uit minuscule buizen of ‘microtubuli’ bestaat, met een dikte van ongeveer 25 nanometer, is o.a. van belang voor het transport van  voedingsstoffen van de zenuwcel.


De meeste organellen zweven niet vrij in een cel, zoals een gewoon microscopisch beeld of een schematische tekening suggereren. Door de hele cel is een groot aantal draadvormige structuren te vinden die de functie van ‘skelet’ en ‘spieren’ hebben…..dit zijn de microtubuli en de microfilamenten

De microtubili spelen verder een belangrijke rol bij het transport van sommige onderdelen binnen de cel. Het transporteren zelf wordt gedaan door motoreiwitten. Deze ‘pakken’ de te vervoeren deeltjes vast en slepen ze langs microtubuli naar de plaats van bestemming. Daarbij bewegen deze eiwitten op een manier die nog het meest doet denken aan lopen: het eiwit heeft twee “voetjes” waarmee het beurtelings bindt aan de vezel. Bekijk dit filmpje een-dag-uit-het-leven-van-een-motoreiwit waarin de maker een artist impression gemaakt heeft over hoe dit zou kunnen gebeuren.

Dr. Stuart Hameroff een Amerikaanse anesthesist en medisch specialist ontwikkelde samen met Roger Penrose, de Orchestrated Objective Reduction (Orch-OR) een bewustzijnstheorie. Hierin wordt verondersteld dat ons bewustzijn een Quantumproces zou kunnen zijn, dat in gang wordt gezet door microtubuli in de hersencellen.


De aard van het bewustzijn blijft mysterieus en diepgaand belangrijk, met existentiële, medische en ook spirituele implicaties. We ervaren hoe het is om bewust te zijn – om bewustzijn te hebben, een bewust ‘verstand’ te hebben…..maar wie of wat ‘zijn wij’ die zulke dingen echt kunnen weten? Hoe moet de subjectieve aard van de fenomenale ervaring – ons ‘innerlijke leven’ – in wetenschappelijke termen worden uitgelegd?

Wat bewustzijn in wezen is, en hoe het tot stand komt, blijft mysterieus. De algemene aanname in de moderne wetenschap en filosofie is, dat het bewustzijn voortkomt uit een complexe berekening van hersenneuronen….een berekening van het neuronale afvuren (‘spikes’) en synaptische transmissies, worden zelfs gelijkgesteld aan binaire ‘bits’ in het digitale computergebruik. Bewustzijn wordt verondersteld emergent te zijn, ‘tevoorschijn’ te komen uit complexe neuronale berekeningen en is tijdens de biologische evolutie ontstaan ​​als een aanpassing van levende systemen, dat niet wezenlijk verbonden is met de oorspronkelijke structuur van het universum, extrinsiek dus……. 

Aan de andere kant beschouwen spirituele en contemplatieve tradities en sommige wetenschappers en filosofen bewustzijn als intrinsiek, ‘geweven in de structuur van het universum’

Het  onderzoek van Stuart Hameroff betreft een theorie van bewustzijn die de twee benaderingen extrinsiek en intrinsiek kan overbruggen, een theorie die de afgelopen 20 jaar is ontwikkeld met de eminente Britse fysicus Sir Roger Penrose. Deze theorie, de georchestreerde objectieve reductie’ (‘Orch OR’), suggereert dat bewustzijn voortkomt uit quantumvibraties in eiwitstructuren, microtubuli genaamd, in de neuronen van de hersenen. 

  • Bewustzijn lijkt meer op muziek dan op berekenen. Trillingen die interfereren, ‘inklappen’ en resoneren in hersengolven (door het neuronale afvuren….de elektrische pulsjes…spikes) en genereren het  bewustzijn om uiteindelijk met de ‘diepere orde-rimpelingen in ruimtetijdgeometrie verbonden te worden’.

“De oorsprong van het bewustzijn weerspiegelt onze plaats in het heelal, is het wezen van ons bestaan. Ontwikkelde het bewustzijn zich uit complexe ‘berekeningen’ in de hersencellen, zoals wetenschappers veronderstellen? Of was bewustzijn er al in de een of andere vorm, zoals anderen beweren”

Hieronder is de video te zien waarin Stuart Hameroff zijn visie over het Quantumbewustzijn uiteenzet in een ingewikkeld betoog. Daarom converteerde ik de video niet…….de YouTube versie heeft ondertiteling.  

Zelf heeft mij de volgende video geïnspireerd, waar ik overigens mijn verdieping in het  Bewustzijn mee begon.

En dat ik ga combineren met 

Kwantummechanica wordt door wetenschappers aangemerkt als het startpunt van de moderne natuurkunde en gebruikt om een breed scala van verschijnselen te verklaren. Voorbeelden hiervan zijn de verspreiding van röntgenstralen, de baan van elektronen om de atoomkern en het gedrag van atomen en atoomkernen. 

De Duitse natuurkundige Max Planck ontwikkelde deze theorie en publiceerde zijn bevindingen in het toonaangevende natuurkundetijdschrift Annalen der Physik in de verhandeling Zur Theorie des Gesetzes der Energie­verteilung im Normalspektrum.

In de laatste decennia van zijn leven behandelde Planck vooral filosofische vragen van zijn fysieke wereldbeeld. Hij bevestigde stevig het bestaan ​​van God en zag in de wetenschap een zoektocht naar zijn empirische kennis, maar zonder ooit in staat te zijn om dat doel op deze manier volledig te bereiken.

Max Planck zei over het bewustzijn:

Ik beschouw het bewustzijn als fundamenteel en materie als afgeleide van het bewustzijn. We kunnen echter het bewustzijn niet doorgronden en komen er nooit achter waar het precies vandaan komt……

Max Planck over materie en God

“Als een mens die zijn hele leven gewijd heeft aan de meest helderhoofdige wetenschap, aan de studie van de materie, kan ik u als een resultaat van mijn onderzoek over atomen zo veel zeggen: er bestaat geen materie op zich”. 

“Volgens mijn onderzoek van het atoom, zeg ik dit: er is geen materie op zichzelf. Alle materie ontstaat en bestaat alleen door een kracht die de atoomdeeltjes vibreert en ze samenhoudt. Maar omdat er geen intelligente kracht of eeuwige kracht in het hele universum bestaat, moeten we achter deze kracht een bewuste intelligente geest accepteren. Deze geest is de oorsprong van alle materie. Niet de zichtbare maar de onzichtbare ‘geestelijke’ materie is het echte, het ware, want materie bestaat helemaal niet zonder de geest. Het onzichtbare, onsterfelijke geestelijke is de waarheid! ” 

Maar omdat er geen geest op zichzelf kan zijn, en elke geest tot een wezen behoort, moeten we noodzakelijkerwijze geestelijke wezens accepteren. Maar aangezien geesten er niet van zichzelf kunnen zijn, maar gecreëerd moeten worden, ben ik niet bang om deze mysterieuze schepper een naam te geven, zoals alle volkeren op aarde die al duizenden jaren noemen: God!

Hiermee komt de natuurkundige, die z’n hele leven met de aard van materie te maken had, van het rijk der materie naar het rijk van de geest…..en hiermee op het terrein van de filosofie?

Er waren tijden dat filosofie en wetenschap onvriendelijk tegen elkaar waren.               Filosofen hebben zich gerealiseerd dat het niet is toegestaan ​​om natuurwetenschappers voor te schrijven volgens welke methoden en voor welke doeleinden ze zouden moeten werken. Voor natuurwetenschappers is het inmiddels duidelijk geworden dat het uitgangspunt van hun onderzoek niet alleen in de zintuiglijke waarnemingswereld ligt en dat zelfs de wetenschap niet zonder een bepaalde dosis metafysica kan.

Religie en wetenschap sluiten elkaar niet uit, zoals sommigen tegenwoordig geloven of vrezen, maar vullen elkaar zelfs hier en daar aan. Het meest historische bewijs van de compatibiliteit van religie en wetenschap, zelfs in een grondig kritische analyse, is het gegeven…..dat de grootste natuuronderzoekers allertijden, mannen zoals Kepler, Newton, Leibniz doordrongen waren van diepe religiositeit.

Volgens hen kent de onsterfelijke en ontoegankelijke godheid dezelfde ondoorgrondelijke principes als de meest onwaarschijnlijke natuurwetten, waartoe het denkvermogen en de zintuigen tot op zekere hoogte door de onderzoekende mens kunnen worden geïnformeerd.Dit geldt ook voor het bewustzijn, wat in wezen extreem toegankelijk is, omdat het overal om ons heen aanwezig is in alles. Maar ons denkvermogen kan het bewustzijn niet doorgronden….ook de religie niet of de wetenschap. We zoeken gewoon een houvast en willen érgens in geloven dat ’n zekere houvast geeft….. 

In Scientias vond ik dit artikel

Religie is een fundamentele levensbehoefte. Mensen hebben een God nodig om diepe betekenis te geven aan hun leven. De god van het Christendom vervulde de meeste menselijke behoeften en werd daarom ‘gekozen’ als ‘ware’ godsdienst. Dat schrijft Selina O’Grady in haar nieuwste boek ‘En de mens schiep God’.

“We proberen altijd voor onszelf betekenis te vinden waarom en waarvoor we leven. Het biedt troost want het geeft een levensdoel, vertelt hoe je je moet gedragen en geeft betekenis aan het leven. Bovendien brengt het mensen samen. En dat hebben we nodig: een gemeenschap, een groep, waar je bij hoort en waarbinnen iedereen belangrijk is.”

Mensen wisten niet waarom ze er waren, wat nu eigenlijk de bedoeling was van alles (het leven) en wat er zou gebeuren als ze stierven. “Goden waren een antwoord op de onbekende krachten van de natuur en het lot; ze zouden je wellicht ook kunnen beschermen als je ze ‘omkocht’ met de juiste offers,” vertelt O’Grady. De monotheïstische god gaf iemand ook nog eens het gevoel dat hij geliefd werd en van waarde was. Iemand had een betekenis voor zijn bestaan in de wereld. Hij beloofde je zelfs een hiernamaals als je je goed had gedragen op de wereld, als beloning.

Oorsprong “godsdiensten” 

Ik ga nog wat dieper: 
Het overgrote deel van de bewoners op deze aardbol gelooft ‘ergens in’.

Het animisme is al heel vroeg ontstaan doordat wereldwijd mensen verklaringen zochten voor de dingen die gebeurden. Zij dachten dat alles op aarde het werk was van bepaalde krachten. 
Animisme is een natuurgodsdienst waarbij geesten- en voorouderverering het belangrijkst zijn. Een animist gelooft in het bestaan van goede en kwade geesten, die kunnen huizen in onder meer bomen, dieren en gebruiksvoorwerpen. De geesten moeten goed gestemd worden door ze offers te brengen, het houden van rituelen, rituele dansen en het houden van taboeregels. Animisme doordrenkt het hele leven van de aanhangers ervan. Het is een filosofisch, religieus of spiritueel concept waarbij zielen of geesten niet alleen bestaan in mensen en dieren, maar ook in planten, stenen of natuurlijke fenomenen zoals donder en geografische zoals bergen en rivieren. Animisme wijst verder ook bezieling toe aan abstracte concepten zoals woorden, eigennamen of metaforen uit de mythologie. Religies waarin animisme voorkomt behoren meestal tot volksgeloof of etnische religies zoals sjamanisme, shinto of bepaalde stromingen binnen het Hindoeïsme.

Terugkomend op het bewustzijn
De oorsprong van het  besef van bewustzijn weerspiegelt onze plaats ergens op deze aardbol op ’n zeker tijdstip en bepaald het wezen van ons bestaan. Ontwikkelde het bewustzijn zich uit complexe ‘berekeningen’ in de hersencellen, zoals wetenschappers het nu kunnen veronderstellen? Of wás bewustzijn er altijd al in de één of andere vorm. Waarschijnlijk het laatste en ik denk zelfs in elke denkbare vorm en in elk denkbaar organisme.  Het is een ongrijpbaar energieveld wat volgens mij niks te maken heeft met religie of esoterie, maar dat het universum ingeblazen werd toen het ontstond. De mensheid heeft zowel religie als esoterie de wereld ingeblazen uit onwetendheid en angst. Wellicht ook uit manipulatiedrang……

Mijn eigen interpretatie van het bewustzijn is, dat dit ‘bewustzijnsveld’ tijdens het ontstaan van dit heelal de ruimte in werd geblazen in ’n extreem kort tijdbestek.

Afbeeldingsresultaat voor inflatie heelal

De inflatietheorie beschrijft wat er gebeurde met het heelal in de eerste 0,00000000000000000000000000000000001 (10-35) seconde.  In die extreem korte tijd werd het heelal 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (1028) keer zo groot.  Hiermee werd ook het bewustzijnsveld de ruimte ingeblazen
Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelalstructuren
Tijdlijn vanaf de inflatie.
De Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) is een satelliet die de temperatuurfluctuaties van de kosmische achtergrondstraling in kaart brengt.

Het universum was voornamelijk gevuld met waterstofgas en het andere lichte gas helium. Door verdichtingen in deze gas- en stofwolken ontstonden de eerste sterren.

Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelalstructuren

Gas- en stofwolken verdichten zich door de zwaartekracht en hierin werden sterren gevormd

De eerste zware sterren explodeerden al na enkele miljoenen jaren. Met deze Supernovae werden stelselmatig periodieke systemen der elementen de ruimte in geslingerd.

Bij het ontstaan van ’n middelmatig sterretje kwamen er restproducten in een baan rond de tollende ster terecht. Door de heersende zwaartekracht werden uit de restanten in vele miljoenen jaren planeten gevormd, waaronder een steenachtige planeet….de Aarde

De groei van een planeet: rond een jonge zon ligt een schijf van stof en gas waarin planeten ontstaan die groeien door hevige botsingen met andere ruimtestenen.
Ontstaan van ons zonnestelsel

Ruim 11 miljard jaar later waren de omstandigheden  
op deze steenachtige planeet gunstig, om in een warme ondiepe binnenzee leven te laten ontstaan. Waarschijnlijk zijn de benodigde  moleculen meegebracht door op de planeet neerstortende kometen tijdens het Late Heavy Bombardment (LHB, letterlijk het late hevige bombardement) een periode van ongeveer 4 miljard jaar geleden)……

Afbeeldingsresultaat voor kometen bevatten leven

Brachten kometen leven op aarde?

Toen de Aarde zo’n 4,5 miljard jaar geleden ontstond, was leven nog niet mogelijk door  de intense hitte en de giftige gassen. De voorwaarden voor leven moesten nog worden gecreëerd. De aardkorst was nog vloeibaar en hete gesteenten stegen naar het oppervlak en probeerden daar af te koelen. Het afgekoelde gesteente zakte echter weer naar beneden met als resultaat ‘n voortdurende convectiestroming.

Afbeeldingsresultaat voor hansdaemen heelal structuren

Dankzij deze convectiestromingen bleek het mogelijk om hete gassen naar buiten te brengen. De Oeratmosfeer bestond uit een mengsel van stikstof, waterstof, zwavelwaterstof, methaan en koolmonoxide. Deze gassen komen vrij bij vulkaanuitbarstingen. 

20181213_111358 (3)

Lange tijd was dit de aanblik van de vroege Aarde. Mogelijk een onmogelijk lange tijd van ’n paar miljoen jaar….


20181213_125103 (1)

Talloze kometen en meteorieten brachten al het water op de vroege Aarde en vormden de eerste oceanen.
20181213_112610 (1)
De eerst zeeën en oceanen

Uit onderzoek is gebleken dat er bij de inslagen van kometen ook aminozuren kunnen ontstaan. Het zijn deze aminozuren die de basis vormen van eiwitten. Ze zijn onmisbaar voor het ontstaan van leven. Bovendien bevatten kometen elementen, die het ontstaan van leven op planeten mogelijk hebben  gemaakt

  • Waterstof….Koolstof…..Zuurstof….Stikstof….Calcium….Zwavel….Cilicium…IJzer 

Hier wil ik in het kort ingaan op de Mendelejevs’ ordening van alle elementen, die de ruimte werden ingeslingerd tijdens de vele Supernovae. Later in dit blog ga ik verder met deze boeiende ordening.

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem

Bij stervorming ontstaan schijven van restproducten, rest-elementen die planeten vormden en uit het dáárvan resterende puin ontstonden dan weer kometen als reusachtige steenachtige ijsrotsen. Deze bevatten dus ook vele van de genoemde elementen en gigantisch veel ijs….water dus. En tijdens het Late Heavy Bombardment 4 miljard jaar geleden werd de Aarde getroffen door talloze kometen en meteorieten die al dat elementair puin en water op de zich vormende Aarde brachten……

Ontstaan Planetair Leven uit dat elementair puin

De aarde ontstond zo’n vierenhalf miljard jaar geleden, en de eerste levensvormen waren 3,7 miljard jaar geleden al ontstaan op
het zogenoemde Archaeïsche Schild van het Noord-Atlantische gebied.
Dit schild (of kraton) is één van de oudste delen van de continentale aardkorst. Door tektonische verschuivingen, is dit korstgesteente aangetroffen bij Isua, aan de Godthåbsfjord in West-Groenland
in West-Groenland, zie natuurinformatie.

Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is Isua.jpg

Isua-formatie West Groenland

De fundamentele bouwstenen van het leven (organische moleculen en aminozuren) komen overal in het heelal voor, onder andere in de interstellaire ruimte. De scheikundige evolutie die aan de biologische evolutie voorafging, vond dus voor een groot deel al in het heelal plaats.

Afbeeldingsresultaat voor Moleculaire gaswolken in het sterrenbeeld Boogschutter

Moleculaire gaswolken in het sterrenbeeld Boogschutter.

Al in de jaren vijftig toonden Stanley Miller en Harold Urey met een beroemd, maar tevens omstreden experiment aan, dat de bouwstenen voor eiwitten – aminozuren – kunnen ontstaan uit een oersoep van water, methaan, ammoniak en waterstofgas waar elektrische schokken doorheen jagen. Video Stanley-Millers-Experiment

……de gassen uit de Oeratmosfeer kunnen door de gigantische energie uit bliksemontladingen en UV-straling ioniseren (elektron worden weggekaatst). Ook de hitte van magma en lava spelen hierbij een rol evenals de energie die vrijkomt bij komeet- en meteorietinslagen. Hierbij komen koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof vrij. Deze ionen kunnen ook met elkaar reageren , waardoor onder meer koolhydraten, vetzuren, aminozuren en nucleotiden kunnen ontstaan (nucleotiden zijn de bouwstenen van het DNA)

……Omstreden omdat de Aarde zelf er ’n miljard jaar voor nodig had om te experimenteren hoe het leven te laten ontstaan, en niet slechts enkele weken……..in het ‘echie’ waren de omstandigheden wel anders! 

Het eerste echte leven en de gewaarwordingen door de eerste organismen

De eerste levensvormen, die 3,8 miljard jaar geleden het aardse licht zagen, leefden zonder zuurstof: het was in hoge concentraties zelfs giftig voor ze. Hier waren deze organismen zich al op één of andere manier van bewust, evenals wat ik eerder al zei over de elementen. Zelfs atomaire deeltjes hebben dat ‘aanvoelen’ van elkaars aanwezigheid door één of meerdere van de-vier-natuurkrachten. Dit “onbewuste bewustzijn” was volgens mij al in het DNA van deze allereerste levensvormen aanwezig en heeft in alles ’n heersende factor. We dienen ons echter wél bewust te zijn, dat deze organismen en alle levensvormen erna, totdat de mens verscheen, zich niet bewust waren van tijd en ruimte. Het leven is en was volgens mij, een ‘zijn in een golvende evolutionaire ontwikkeling voorwaarts’………

Cyanobacteriën  leefden van zonlicht en stikstofverbindingen ‘lieten scheetjes van zuurstof’. In eerste instantie werd zuurstof opgenomen in rotsen, zeeën en oceanen, maar kwam uiteindelijk ook in de atmosfeer terecht. Dit gaf leven, dat voor de ademhaling afhankelijk is van zuurstof, de kans om zich te ontwikkelen. Het nieuwe leven verdrong blauwalgen voorgoed naar plekken met weinig zuurstof. Tijdens een hete zomer kan in stilstaand water zuurstoftekort ontstaan en dan zie je blauwalgen nog weleens opduiken……

Blauwalgen bestaan natuurlijk niet alleen uit een serie aan elkaar gekoppelde aminozuren. Het zijn complete cellen. Om zulk leven te maken, moeten moleculen zichzelf kunnen kopiëren. Dat kopiëren geeft uiteindelijk ook de mogelijkheid tot voortplanting en erfelijkheid. De moleculen pakken zich samen in iets wat lijkt op een waterdruppeltje. Dit druppeltje schermt de moleculen af van hun omgeving, waardoor een primitieve cel ontstaat. Het belangrijkste kenmerk van zon cel is dat het een min of meer zelfstandige eenheid is met z’n eigen interne huishouding (stofwisseling), die anders is dan de stofwisseling van zijn omgeving.

Is leven een kenmerk dat alleen bij onze planeet hoort? Is het alleen op Aarde ontstaan, of is biogenese, het ontstaan van leven uit dode materie, een proces dat in het hele universum plaatsvindt? Levend organisme heeft het vermogen om mengsels van koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof tot complexe verbindingen om te vormen, én .….om zichzelf te kopiëren. Levende organismen zijn door een membraan begrensde systemen die continu materie en energie met hun omgeving uitwisselen.…ziehier het ‘onbewuste bewustzijn’ van levend organisme…… 

  • De eerste organismen op Aarde ‘waren zich organisch bewust’ van de chemisch elementen, (UV)licht van de Zon en van een warme en vochtige omgeving.  

Organische verbindingen kwamen uiteindelijk vanzelf terecht in oceanen. Door verdamping van het water, vooral in ondiepe wateren, werd de concentratie van het aantal organische verbindingen groter. Hierdoor was voor kleinere moleculen de mogelijkheid ontstaan om grotere verbindingen te vormen. Ook op bodems van oceanen kon leven ontstaan van bacteriën, voor wie zuurstof giftig was en die zicht huis voelden in extreme omstandigheden zoals bij Black Smokers, waar de temperatuur kan oplopen tot wel 400 graden…Video Life-on-Black-Smokers.

De eerste vormen van leven

Van de allereerste vormen van leven zijn geen fossielen gevonden, omdat deze geen harde delen bevatten. Het waren gewoon losse cellen zonder bescherming. Er zijn twee soorten cellen: cellen met en zonder celkern. Planten en dieren hebben wel een celkern, bacteriën hebben er geen. De oudste fossielen hadden geen celkern. Door de fossielen is bekend dat cellen zonder celkern 3.500 miljoen jaar oud zijn en cellen met celkern maar 1.700 miljoen jaar oud. Dus de cellen zónder celkern zijn prokaryoten. Later zouden deze cellen zich ontwikkelen tot cellen mét kern, de eukaryoten.

Voor het volgende heb ik Natuurinformatie als bron gebruikt.

De eerste eencelligen             

Eerst ontstonden zeer eenvoudige cellen zonder celkern. 
Cellen zonder celkern zijn prokaryote cellen. De eerste prokaryote organismen verkregen hun energie uit de afbraak van organische stoffen die in water ronddreven. Het waren  koolwaterstoffen opgebouwd uit koolstof en waterstof.


Bij oerbacteriën stulpte de celmembraan in en omhulde het erfelijk materiaal, het DNA, in de cel. 
Om het voedsel zo goed mogelijk te benutten, namen sommige eencelligen met kern (eucaryoten)  weer andere bacteriën in hun lichaam op. Dit wordt endosymbiose genoemd. Hierbij gaan twee organismen verder als één organisme en hebben beide organismen voordeel bij de samenwerking.
De opgenomen bacteriën hielpen bijvoorbeeld bij het verteren van voedsel en vormden de eerste mitochondriën
27_2_1endosymbiose

Endosymbiose 
Als een organisme symbiotisch leeft in de cellen of in het lichaam van een gastheer-organisme, spreken we van endosymbiose. Dit verschijnsel zou ook de oorsprong zijn van sommige organellen. Bekijk de
animatie op Bioplek

Hoe zijn die prokaryote cellen dan ontstaan uit de biomoleculen?

Biomoleculen kunnen chemisch uiteindelijk worden herleid tot de elementen koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en fosfor die volop aanwezig waren op de vroege Aarde…..in wel of niet opgeloste vorm in ondiepe wateren en, zoals gezegd op bodems van oceanen.

step0007[1]

Voor het ontstaan van de prokaryote cel waren vier belangrijke onderdelen nodig. 

  1. Eiwitten
  2. Stofwisseling
  3. Membraan
  4. DNA
  • Eiwit als katalysator (versneller)
    • In een RNA-wereld vervult RNA de functie van katalysator. Het RNA is een keten die is opgebouwd uit vier verschillende nucleotiden. 
      Tegenwoordig gebruikt de cel vooral eiwit als katalysator. Eiwit is een ketting met 20 verschillende soorten kralen, de aminozuren. 
Afbeeldingsresultaat voor rna

RNA 
(een afkorting van ribonucleïnezuur, in het Engels ribonucleic acid) is een molecuul dat, net als DNA, bestaat uit een reeks aan elkaar gekoppelde nucleotiden. RNA is meestal enkelstrengs, in tegenstelling tot DNA, dat dubbelstrengs is.

Ontstaan stofwisseling (is al in celcyclus behandeld)

Door mutaties ontstonden biomoleculen die iets bijzonders konden. Ze konden stoffen, die leken op de bouwstoffen, omzetten naar de bouwstoffen…..dat waren ze zich bewust….Deze biopolymeren groeiden sneller dan de anderen, omdat ze meer bouwstoffen tot hun beschikking kregen. Het zelf produceren van de bouwstoffen heeft duidelijk voordelen, wel was energie nodig om de bouwstoffen te maken. Deze energie kwam vrij bij de afbraak van andere organische moleculen.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen de opbouw van stoffen onder gebruik van energie (anabolisme) en de afbraak van biomoleculen, waarbij energie vrijkomt (katabolisme). een ‘doordacht systeem’


Schema van de stofwisseling van het leven. Het maken (opbouw) van bouwstoffen is anabolisme (blauw). Het afbreken van stoffen om energie vrij te maken heet katabolisme (rood). 
  • Ontstaan van het membraan

Onbeschermd RNA was kwetsbaar voor gevaren van buitenaf. Zuren en zware metalen konden het RNA afbreken. Het was daarom beter om een beschermingsmantel te maken. Het celmembraan werd in de loop van misschien wel ’n miljoen jaar gevormd uit vetachtige stoffen, die al in de buurt van het RNA aanwezig waren.

  • Zie ook hier een soort bewustzijn: zowel de ‘vraatzucht’ van de zuren als de ‘angst’ van het RNA om aangeverten te worden…..


Bepaalde vetachtige stoffen (fosfolipiden) hadden een polaire kop, die in water wil zijn, en twee apolaire (vettige) staarten, die water afstoten.

 

Als de vetachtige stof in water zat, gingen de staarten bij elkaar zitten om contact met water te vermijden. Een manier om dat te doen was door een dubbellaag te maken.


Deze dubbellaag kon een bolletje vormen. Alle koppen hadden contact met water en alle staarten hadden alleen contact met andere staarten.

Dit membraan werd in fasen van, laat ik zeggen ’n miljoen jaar, het omhulsel om een cel. De concentratie bouwstenen (fosfolipiden) moest wel hoog genoeg zijn…..

Door het membraan had de cel nu een afscheiding tussen een binnen en buiten. Het membraan laat alleen bepaalde stoffen door en hield sommige schadelijke stoffen buiten. Zo had de cel meer controle over de interne omstandigheden.

  • Ontstaan van DNA als informatiedrager.

Door de evolutie ontstonden er steeds langere ketens RNA. RNA is niet erg stabiel. Lange ketens RNA vallen relatief snel uit elkaar. DNA is veel stabieler.

Wat is DNA?

DNA is net als RNA een keten van nucleotiden. DNA heeft in vergelijking alleen een andere suiker, deoxiribose in plaats van ribose, en een andere base, thymine in plaats van uracil. Door deze aanpassingen zit DNA meestal in één structuur: de dubbele helix.


Johan Friedrich Miescher ontdekte DNA. Hij vond het in witte bloedcellen die hij in het afval van het ziekenhuis had gevonden. De wetenschappers Watson en Crick ontdekten dat een DNA molecuul eruit ziet als een dubbele helix.

Maar hoe kwam de cel aan DNA? Deze kwam uit een onverwachte hoek vandaan: virussen…. 

Een virus

Een virus  is een stuk erfelijk materiaal verpakt in eiwit, dat een gastheercel nodig heeft om zich te kunnen vermenigvuldigen. Het erfelijk materiaal bestaat uit of RNA of DNA. Virussen waren waarschijnlijk de eerste, die DNA als erfelijk materiaal gebruikten.

De DNA-virussen zijn waarschijnlijk ontstaan doordat een viruseiwit de halffabrikaten van RNA kon omzetten naar die van DNA. Doordat DNA veel stabieler was dan RNA, waren de DNA-virussen in het voordeel in vergelijking tot RNA-virussen.

Deze virussen hebben waarschijnlijk het RNA van een gastheer ‘per ongeluk’ omgezet in DNA. DNA was hierna een back-up voor de genetische informatie. Dit gaf die gastheer een evolutionair voordeel, want als zijn onstabiele RNA uit elkaar was gevallen, maakte hij gewoon nieuwe met zijn DNA-backup.

Variatie

De prokaryote cellen verspreidden zich razendsnel over de aarde. Hierdoor kwamen ze in aanraking met verschillende omstandigheden, zoals zouten, zuren, hitte en vrieskou. Aanpassing aan de verschillende omstandigheden zorgde voor het ontstaan van variatie in prokaryote cellen. Er ontstonden bijvoorbeeld cyanobacteriën, die met fotosynthese zuurstof kunnen produceren en aerobe bacteriën, die deze zuurstof konden gebruiken voor verbranding.

Cyano

Zo’n drie miljard jaar geleden begonnen cyanobacteriën via fotosynthese de atmosfeer van zuurstof te voorzien, een atmosfeer die tot die tijd voornamelijk bestond uit koolzuurgas, stikstof en waterdamp. Zonder die zuurstof zou het leven zoals we dat nu kennen, zich onmogelijk hebben kunnen ontwikkelen.

Ontstaan van de eukaryote cel

Eukaryote cellen ontwikkelen al aparte onderdelen (organellen) die bacteriën niet hebben. Het belangrijkste organel is de celkern met het DNA.

step0007[1]
  • De eukaryote cel is rond 1700 miljoen jaar geleden geëvolueerd uit prokaryoten, oftewel: het duurde 1700 miljoen jaar totdat uit de eencelligen de meercellige organismen zijn ontstaan.

Cellen met celkern, eukaryoten, zijn geëvolueerd uit de prokaryoten. Voor de evolutie van prokaryoten tot eukaryoten zijn verschillende onderdelen nodig. Drie belangrijke onderdelen zijn:

  1. Cytoskelet
  2. Kern
  3. Mitochondriën en chloroplasten

Een prokaryote cel kan voedsel alleen opnemen via het zeer dunne celmembraan. De cel kan daarom alleen voedsel in de vorm van losse in water opgeloste biomoleculen opnemen zoals eiwitten, vetten en glucose. Deze biomoleculen kunnen chemisch uiteindelijk worden herleid tot de elementen koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en sommige metalen.

Eiwitten hielpen de vorm van de cel te bepalen en vormden een compleet netwerk: het cytoskelet. Hierdoor hadden de cellen een grote controle over de celvorm en het celmembraan kon vervormd worden om de cellen grotere brokken voedsel opnemen en verteren (endocytose).

De celkern is ontstaan door instulping van het celmembraan.

Bij prokaryoten ligt het erfelijk materiaal los in het cytoplasma. De energievoorziening vindt plaats op diezelfde plek. Bij de chemische processen van de energievoorziening komen afvalstoffen vrij. Sommige daarvan zijn giftig, zoals vrije radicalen.

  • Dit zijn moleculen met een oneven aantal elektronen die reageren om weer stabiel te worden veelal heftig middels een kettingreactie. Daarbij kan één radicaal in seconden de structuur van honderden miljoenen deeltjes wijzigen door bij een van hen een elektron weg te stelen. Deze giftige stoffen kunnen het erfelijk materiaal beschadigen, waardoor cellen kapot gaan.
  • Om het genetisch materiaal te beschermen tegen deze giftige stoffen kwamen er instulpingen in het celmembraan. Deze instulpingen zijn een afscheiding tussen het DNA en de schadelijke stoffen….over bewustzijn gesproken: aanvallen en ervoor beschermd willen zijn……

Ontstaan van mitochondriën en bladgroenkorrels

Rond 1700 miljoen jaar geleden leefden allerlei soorten cellen op aarde, zowel eukaryoot als prokaryoot. In prokaryoten vinden de stofwisselingsreacties plaats in het cytoplasma. In eukaryote cellen vindt het plaats in speciale onderdelen: mitochondriën en chloroplasten.

  • In mitochondriën vindt verbranding plaats, dit is het vrijmaken van energie met zuurstof.
  • Planten hebben daarbij ook nog chloroplasten (bladgroenkorrels), hierin vindt fotosynthese plaats: het vastleggen van energie uit licht.
Mitochondriën zijn celorganellen die de in koolhydraten en vetten aanwezige energie overdragen aan ATP en zo ter beschikking stellen van energievragende reacties in de cel.
Daarom worden ze wel de ‘energiefabriekjes’ van de cel genoemd.

Bladgroenkorrels geven het blad de groene kleur.

Ontstaan van de bladgroenkorrel

Een cyanobacterie kan energie halen uit licht, maar ze is klein en kwetsbaar. Ze zocht bescherming bij een eukaryote cel, met mitochondriën. Die eukaryote cel had zuurstof nodig om  met mitochondriën veel energie te halen uit voedsel. De cyanobacterie maakte de zuurstof als bijproduct van fotosynthese

Ook hier weer een niet te onderkennen vorm van bewustzijn: er werd gekozen voor een samenwerking! De grote cel met mitochondriën sloot de cyanobacterie in. De cyanobacterie leefde verder binnenin de eukaryote cel en ontwikkelde zich langzaam tot bladgroenkorrel. Het nieuwe samenwerkingsverband kon energie halen uit licht en ontwikkelde zich tot plantencel.

Kolonievorming van cyanobacteriën

Cyanobacteriën maken dus gebruik van fotosynthese om in hun energiebehoeften te voorzien. Ze produceren daarbij zuurstof en waren de eerste organismen die dat deden.


‘Levende’ stromatolieten in Shark Bay (Australië).
Cyanobacteriën
vormden ter bescherming, zorgvuldig opgebouwde kolonies van stromatolieten in ondiepe opgewarmde zeeën. Stromatolieten zijn afzettingsgesteenten waarvan het sediment ingevangen en vastgehouden werd door deze eencellige bacteriën.

De zeespons was mogelijk het allereerste dier op aarde Earths-First-Animals

Zo’n  1,7 miljard jaar geleden gingen eencelligen over om meercellig organisme te vormen. Nog ‘ns ’n miljard jaar later evolueerde hieruit de allereerste primitieve diertjes, die ’n zweepstaartje hadden ontwikkeld om zich snel in het water te kunnen bewegen ( om op voedsel te jagen, om zich voort te planten, maar ook uit angst…………)

Choanoflagellaten, eencellige zweepdiertjes met staart, die beschouwd worden als de voorouders van meercellige sponsdieren. 

De belangrijke evolutionaire ontwikkeling van “het meercellig zijn”, leidde ertoe dat cellen zich konden gaan specialiseren. Die specialisatie leidde in de afgelopen 600 miljoen jaar tot de bijna oneindige variëteit in dierlijke levensvormen die we nu kennen. Dat kon echter alleen gebeuren doordat onze eerste dierlijke voorouder al beschikte over een bouwplan, het eerste DNA, dat steeds aan het nageslacht werd doorgegeven. De nakomelingen zorgden steeds voor verdere uitbouw en verfijningen.

Afbeeldingsresultaat voor ontstaan sponzen

Sponzen krikten de zuurstofconcentratie in oceanen flink op door organisch materiaal van bacteriën weg te kapen. Bacteriën verbruiken veel zuurstof bij het ‘verteren’ van dood organisch materiaal, maar door de opkomst van de sponzen bleef er minder voedsel voor hen over, het gevolg: de zuurstofconcentratie steeg.
Door de afname van organisch materiaal kon zonlicht doordringen tot de diepere oceaanlagen. Fytoplankton, ‘de kleine planten van de oceaan’, kon door de toegenomen lichtintensiteit zich vermenigvuldigen en in diepere lagen van oceanen zuurstof produceren. 

De Aarde is gedurende haar ontstaan voortdurend onderhevig is geweest aan tektonische- en klimatologische veranderingen

Afbeeldingsresultaat voor paleomap project
Sneeuwbal Aarde

Tegen het eind van het Proterozoïcum, 600 miljoen jaar geleden. vond de grootste ijstijd uit de geschiedenis van de Aarde plaats.
       De oceanen waren zelfs tot op grote diepte bevroren, hoewel er vermoedelijk rond de evenaar nog wel enig open water aanwezig was. Deze periode van sneeuwbal-aarde-duurde-12-miljoen-jaar.

Invloed van de ijstijd op het leven

De sterke zuurstoftoename na de ijstijd veroozaakte het uitsterven van veel soorten. Deze soorten konden zich niet aanpassen aan de veranderende omstandigheden en hadden met name problemen met de toename van de (voor hen giftige) zuurstof.

De soorten die het overleefden zorgden voor een enorme bloei van het leven. De periode na de ijstijd is te vergelijken met de lente na een strenge winter: De zwakkeren hadden het niet overleefd en de sterkeren begonnen zich voort te planten, waarbij vele nieuwe soorten ontstonden. Omdat er zoveel soorten waren uitgestorven, waren er ook veel leefgebieden (niches) vrijgekomen, die nu bezet konden worden door nieuwe soorten

Er ontwikkelden zich in de oceanen sponsdieren die zich gingen vasthechten aan de oceaanbodem, zoals manteldieren. Andere vastzittende sponsdieren ontwikkelden zich tot beweeglijke rondzwemmende platwormen met gespecialiseerde cellen, het beginsel van ‘n zenuwstelsel, zintuigen én……….van de allereerste hersenen!!


Het prototype van de hersenen is waarschijnlijk ontstaan als het allereerste primitieve brein van een manteldiertje, zo’n 500 miljoen jaar geleden. Het zenuwstelsel van dit zeediertje bestond uit niet veel meer dan ’n stel gespecialiseerde cellen, met ’n knetterende elektrische lading….de eerste synapsen…

Afbeeldingsresultaat voor knetterende synaps
……knetterende elektrische ladingen…
Afbeeldingsresultaat voor synaps
….van de allereerste communicerende synapsen

video Microscopic-View-synaps

Uit de beweeglijke manteldieren zijn kaakloze vissen ontstaan en slijmprikken.

Kaakloze vis

Slijmprikken kunnen hun lichaam in een knoop leggen en de knoop van hun staart naar hun kop bewegen. Op deze manier kunnen ze kracht zetten om stukken vlees van hun prooien los te trekken. Ook doen ze het om het slijm van hun huid af te stropen. Hun kleverige slijmlaag dient vooral om vijanden af te schrikken.

Nadat de kaakloze vissen meer dan 130 miljoen jaar de zeeën hadden bevolkt, ontstonden er geleidelijk hoger ontwikkelde soorten en de meeste kaakloze vissen stierven uit. De nieuwe soorten ademen door kieuwen en bewegen zich voort met behulp van vinnen. Ze ontwikkelende een wervelkolom en primitieve hersenen die door een beschermende schedel worden omgeven.

step0002

Voor zover bekend kwamen de eerste hersenen voor in ’n oceanische oervis.

De eerste 3 miljard jaar van het aards bestaan was er alleen leven mogelijk in ondiepe zeeën en oceanen, omdat zonnestralen de dieptes niet bereikten.


Eerste leven op land ruim 400 miljoen jaar geleden

Het betreden van het land door levende wezens kwam langzaam op gang. Al meer dan één miljard jaar geleden leefden er schimmels op land. Zij vormden met algen samen korstmossen, waardoor organische koolstof vrijkwam. Door verwering en opslag van deze organische koolstof nam het zuurstofgehalte in de atmosfeer geleidelijk toe. Met als gevolg dat er steeds meer complexere organismen ontstonden.

Afbeeldingsresultaat voor cambrische explosie
De ‘Cambrische explosie’ blijkt eigenlijk een gestage evolutie te zijn geweest, die ongeveer 100 miljoen jaar duurde

650 miljoen jaar geleden, na een periode waarin het op aarde zo koud was dat deze helemaal bedekt was met ijs (Snowball Earth), zou er “ineens” een periode aangebroken zijn in het Cambrium van zó veel verschillende soorten organismen, dat men sprak van een Cambrische explosie. Het leven speelde zich echter wel nog steeds af, diep onder water. Het was echter een explosieve ontwikkeling en uitbreiding van het planten- en dierenrijk….die er toen al was. Dit omhelst de bouw en de levenswijzen van zowel gewervelde dieren, schaaldieren, wormen als geleedpotigen waarin geen enkel dier superieur was t.o.v. ’n ander.

Verklaringen voor deze plotselinge ontwikkeling van soorten

Een verklaring voor een snelle toename van de soortenrijkdom moeten we misschien zoeken in bepaalde ecosystemen die alleen uit producenten bestaan, en altijd soortenarm: organismen die m.b.v. energie van de Zon en stoffen als koolstof..stikstof..zwavel hun eigen organische stoffen maken zoals cyanobacteriën. Zodra er consumenten verschijnen, ontstaat er veel meer variatie: dit zijn organismen die andere organismen of delen ervan als voedsel gebruiken zoals schimmels en de meeste bacteriën.

De soortenexplosie zou ontstaan kunnen zijn, doordat (eencellige of simpele meercellige) organismen zich gingen toeleggen op het eten van andere organismen. Een goed evenwicht tussen producenten en consumenten schept ruimte voor andere consumerende soorten.

Afbeeldingsresultaat voor larven manteldieren zwemmen

De kleurrijke wereld van de meest eenvoudige organismen

Na het Cambrium duurde het nog meer dan honderd miljoen jaar voor het leven op het land mogelijk werd. De ozonlaag, die alle levende wezens op het land beschermt tegen al te sterke ultraviolette straling, was pas rond 400 miljoen jaar geleden hecht genoeg van samenstelling om leven buiten het water veilig te maken. 

De overgang van water naar land begon ergens in het Siluur (
Silurian ca. 440 – 410 miljoen jaar geleden) op. Op het land is er meer licht en dus kan er op grote schaal fotosynthese plaatsvinden. In het water is het licht snel weggefilterd en na een paar meter is het donker. Ook zuurstof (O2) als basis voor de ademhaling en koolstofdioxide (CO2) als voedingsstof zijn op het land veelvuldig aanwezig en stromen vrij rond door de lucht. Ook een andere voedingsstof, stikstof (N2), is in ruime mate voorhanden.

De eerste landplanten waren vaatplanten. Ze beschermden zich zeer geleidelijk aan tegen uitdroging door een waslaag “te verzinnen”.….iets waar “een miljoen jaar over is nagedacht”….

Tijdens het Devonian, zo’n 360 miljoen jaar geleden, bewogen twee supercontinenten langzaam naar elkaar toe. Gedurende 63 miljoen jaar verschijnen in rivieren, binnenzeeën en zoetwatermeren allerlei verschillende levensvormen.

In dit tijdperk werd het land gekoloniseerd door de eerste insecten, spinnen, duizendpoten en een verscheidenheid aan planten, die veel leken op de hedendaagse varens en wolfsklauwen. In het Laat-Devoon had een aantal van deze planten zich ontwikkeld tot de eerste bomen. De bladeren en resten van de landplanten vormden lagen organisch afval en creëerden woonplaatsen voor de eerste zoetwaterlevensgemeenschappen. Hier leefden verschillende soorten vissen, waaruit zich aan het eind van het Devoon de amfibieën ontwikkelden. 

Ichthyostega

De achterpoten van de Ichthyostega waren naar achteren gericht om in het water te kunnen peddelen

Hun verovering van het land was echter geen volledig succes – voor de voortplanting moesten de amfibieën nog steeds terug naar het water. Het zijn hun afstammelingen, de reptielen, die pas echt het land veroverden ruim 60 miljoen jaar later……..’n golvende periode verder…..

Het Carboon en het aaneensluiten van Pangea

Het Carboon is het steenkooltijdperk (= koolstof = carbon).  De grondstof (planten)  voor steenkool was in deze periode in grote hoeveelheden aanwezig. Bovendien waren de omstandigheden voor de vorming van steenkool gunstig in deze periode. Voor steenkoolvorming moet namelijk het moeras intact blijven, omdat al het organische materiaal onder water moet liggen. Moerassen waren als overblijfselen vanuit het Devoon voltallig aanwezig. Ongeveer de helft van alle bekende steenkoolvoorraden op aarde is afkomstig uit het Carboon

In kustgebieden ontstonden weelderige moerasbossen, die gonsden van het leven.  Vooral reusachtige insecten zijn hier opvallend. Sommige libellen hadden een spanwijdte van 70 cm. Uit bepaalde amfibieën ontwikkelden zich de eerste reptielen. Reptielen waren de eerste landdieren die voor hun voortplanting geen water nodig hadden. Hun eieren waren namelijk bestand tegen uitdroging. Zo konden zij het land verder veroveren. Verder ontwikkelden de slakken en de mosselachtigen zich sterk. Van de vissen vormden de kraakbeenvissen, zoals de haaien, de belangrijkste groep.

Pangea, het grote supercontinent

306.jpg (127699 bytes)


Ongeveer 300 miljoen jaar geleden ontstond Pangea uit de resten van een eerder supercontinent Rodinia….Animation-Breakup-of-Rodinia-Formation-of-Pacific……

Image

Zo’n 200 miljoen jaar geleden begon het echter uiteen te vallen in Laurazië en Gondwana. Uiteindelijk kregen de huidige zeven continenten hun vorm.

Het uiteenvallen van Pangea. Afbeelding: USGS.

Al eerder bracht ik de tektonische veranderingen van de Aarde in beeld.
Dit heeft alles te maken met temperatuurverschillen binnenin de Aarde.
In de Aarde zit warmte opgeslagen. Een deel is restwarmte (overgebleven na het ontstaan van de aarde) en een deel is het resultaat van radioactief verval van elementen in de aardmantel.

Afbeelding: KNMI.nl

In de Aarde stijgt het hete gesteente op en zakt afgekoelde korst naar beneden. Zo ontstaan convectiestromingen die de continenten met zich meevoeren.

Dat continenten soms uit elkaar vallen, heeft ook met warmte te maken. Continenten houden een enorme hoeveelheid hitte gevangen. Dat creëert een gigantische druk die er uiteindelijk voor zorgt dat het continent in stukken breekt.

Om het tektonische verhaal compleet te maken, noem ik ook nog het aller allereerste continentje van deze planeet.

Platentektoniek en dinosauriërs

Aan de dierenwereld uit het begin van het Mesozoïcum is goed te zien dat zich een supercontinent had gevormd. In grote delen van de wereld vinden we dezelfde diergroepen. Zo is de dicynodont Lystrosaurus gevonden in Zuid-Afrika, Australië en op Antarctica, en kennen we de prosauropode Plateosaurus uit China, Europa en Zuid-Amerika. Toen zo’n 160 miljoen jaar geleden de continenten uit elkaar begonnen te drijven, ontstonden op het continent grote binnenzeeën. Verschillende gebieden begonnen hun eigen dierenwereld te ontwikkelen. Toch vinden we in het Jura bijvoorbeeld Brachiosaurus nog in zowel Noord-Amerika als Afrika. De grootste diversiteit in dinosauriërs vinden we in het Krijt. De huidige continenten beginnen hun vorm aan te nemen. Zo’n 100 miljoen jaar geleden begon de zuidelijke Atlantische Oceaan te ontstaan. We vinden dan verschillende typen dinosauriërs in de verschillende continenten.

Wanneer zijn dino’s ontstaan…..

Uit reptielen van de groep der Archosauria waarvan tegenwoordig alleen nog krokodillen en vogels over zijn — ontstonden de eerste dinosauriërs. De meer oorspronkelijke voorouders binnen de archosauriërs waren vermoedelijk kleine jagers die zich op vier poten voortbewogen. De poten stonden recht onder het lichaam in plaats van ernaast, zoals bij eerdere reptielen.

Dino’s zijn zo’n 230 miljoen jaar geleden ontstaan tijdens de Trias. De eerste dino’s waren veel behendiger dan de meeste andere reptielen. En dat heeft ze enorm geholpen.

Dinosauriërs hadden een slimmigheidje dat andere reptielen niet hadden. Ze hadden hun poten op een handige manier ónder hun lichaam en niet, zoals hagedissen en krokodillen dat nu nog hebben, heel onhandig aan de zijkant. Dat maakte ze veel behendiger, en we denken dat dat één van de redenen is waarom de dinosauriërs op het land zo succesvol waren.


Dinosauriërs leefden tijdens het Trias (230 miljoen jaar geleden) nog samen met een heleboel andere vreemde, vaak zelfs bizarre reptielen.
Tijdens het hierop volgende Jura en Krijt waren de dinosauriërs 140 miljoen jaar lang de heersende landdieren, de grootste die ooit geleefd hebben. Toen bij de overgang van de Trias naar de Jura de meeste van die vreemde reptielen uitstierven, kregen de dinosauriërs plotseling alle ruimte. In zéér korte tijd (minder dan 100.000 jaar, en dat is extreem kort voor geologen) ontstond er plotseling een enorme hoeveelheid verschillende soorten dino’s.

Afbeeldingsresultaat voor soorten dinosaurussen met foto

65 miljoen jaar geleden sloeg een meteoriet in, die een grote uitstervingsgolf veroorzaakte op aarde: het einde van het dinosauriërs tijdperk
Afbeeldingsresultaat voor meteoriet yucatan
Ontstaan nieuw bacterieel leven na de meteorietinslag 65 miljoen kaar geleden

Zoogdieren waren kleine dieren in de tijd dat de dinosauriërs heersten op de aarde. Toen de niet-vliegende dinosauriërs aan hun einde kwamen rond de Krijt-Tertiair grens kregen de zoogdieren hun kans. Minder concurrentie en meer voedsel zorgde ervoor dat ze veel groter en zwaarder werden en de heerschappij op aarde overnamen.


Purgatorius , onderdeel van een uitgestorven groep primaten genaamd plesiadapiformen, verschijnt voor het eerst in het fossielenbestand kort na het uitsterven van de niet-vliegende dinosaurussen. Dit kleine zoogdiertje wordt verondersteld ’n voorouder geweest te zijn van primaten…..chimpansees…..en dus van de mens…..

Het probleem is dat niet alle paleontologen het erover eens zijn dat Purgatorius een directe (of zelfs verre) voorloper van primaten was. Het is misschien een vroeg voorbeeld geweest van de nauw verwante groep zoogdieren die bekend staat als “plesiadapids”, naar het beroemdste lid van deze familie, Plesiadapis uit de orde die verwant is aan de Primates, maar die verwantschap is omstreden.

De eerste zoogdieren verschenen aan het eind van het Trias, ruim 200 miljoen jaar geleden. In uiterlijk en waarschijnlijk ook in levenswijze leken zij op de huidige spitsmuizen. Ze zijn vooral bekend van kleine kaken en kiesjes. Deze zijn gevonden in aardlagen uit het Boven Trias en zijn zo’n 220 miljoen jaar oud. Dat betekent dat de zoogdieren bijna tegelijkertijd met de dinosauriërs ontstonden. De dinosauriërs zouden echter de daaropvolgende 160 miljoen jaar de dominante levensvorm op aarde zijn, terwijl de zoogdieren in diezelfde periode (160 miljoen jaar!!??) een obscuur bestaan leidden in de schaduw van de reuzenreptielen. Pas na het verdwijnen van de dinosauriërs, zo’n 65 miljoen jaar geleden, namen zoogdieren de rol van de belangrijkste gewervelde diergroep op het land over.

Hiermee begon ’n 65 miljoen jaar durende evolutie, die uiteindelijk (of misschien wel voorlopig……) zal leiden tot de evolutie-van-de-mens. Hoewel we voor 98% hetzelfde DNA hebben, stamt de mens niet af van de chimpansee. Wel laat de genetische overeenkomst zien dat mens en chimpansee uit dezelfde voorouder zijn ontstaan. Dit was een aapachtige boombewoner die tussen zeven en vijf miljoen jaar geleden in Afrika leefde.

Kort na hun evolutionaire splitsing waren de verschillen tussen vroege mensachtigen en chimpansees klein. Maar in de loop van de tijd werden ze steeds groter. Chimpansees bleven min of meer hetzelfde, maar de mens kreeg grotere hersenen en ontwikkelde spraak. Twee miljoen jaar geleden begon hij ook met het maken van werktuigen, het begin van cultuur. In de loop van de evolutie zijn er 20 soorten mensachtigen ontstaan. Allemaal zijn ze ook weer uitgestorven, behalve de laatste in de reeks: Homo sapiens sapiens, de soort waartoe wij behoren……

Evolutie van de mens in beeld (bron Natuurinformatie)

Afbeeldingsresultaat voor natuurinformatie De vier grote stappen in de menselijke evolutie (stambomen en foto's van schedels)

Alle bewustzijnsvormen en de gehele biologische evolutie heeft een oorsprong…..een oersprong om tijd en ruimte te maken voor een elementair bewustzijn.


Het elementaire bewustzijn

Afbeeldingsresultaat voor inflatie heelal
Met de inflatie werden samen met de bewustzijnsgolvingen, ook de drie dimensies en tijd, en de vier natuurkrachten het universum ingeblazen om uiteindelijk het elementaire bewustzijn mogelijk te maken.

Het volgende vind ik cruciaal om te weten in welke periode energie/materie en de natuurkrachten zijn ontstaan.

Op extreem microscopische schaal gedragen de vrijgekomen krachten en de energie ervan zich quantummechanisch, en de vraag is nu: wat is het quantummechanische equivalent van ruimte en tijd?
In de quantumwereld van het zeer kleine hoort bij elke afmetingsschaal een bepaalde energie of massa van een deeltje dat die afmeting heeft. Hoe kleiner het deeltje, hoe groter de energie…én er hoort een bepaalde tijdschaal bij, die aangeeft hoe snel iets verloopt.
De afstotende zwaartekracht ‘pompte’ het universum in ’n flits op en de fluctuaties van dit proces hebben uiteindelijk geleid tot de vorming van de eerste sterrenhopen en sterrenstelsels binnenin gigantische gas-en stofwolken (zie iets verder terug).

De vaccuümenergie waaruit de inflatie ontvlamde, wordt direct erna omgezet in thermische straling in de vorm van lichtgolven. De eerste lichtdeeltjes (fotonen) worden één deze golven. De zeer verdunde en afgekoelde thermische straling is in onze huidige tijd nog aanwezig als een kosmische achtergrondstraling. Deze straling is inmiddels afgekoeld tot net iets boven het absolutie nulpunt van – 273,15°C. Deze was na de inflatie ” 50.000 miljard graden” (dit met enige terughoudendheid).

Het is nauwelijks voor te stellen dat elementaire en atomaire processen zich afspelen op een ultra kleine schaal, een quantumschaal…….er gaan meer atomen in een glas water, dan er glazen water in alle oceanen op Aarde gaan....

Het is overigens ook heel frappant, op welke manier al deze minuscule processen zich afspelen. Alsof deze zich begeven op intrinsieke bewustzijnsgolvingen…….. 

Materie bestaat uit subatomaire deeltjes, uit fermionen: protonen, positief geladen deeltjes, en neutronen, niet geladen deeltjes, met daaromheen een wolk van elektronen, die negatief geladen zijn.

In de wereld om ons heen zijn atomen gebonden in moleculen: ze worden daarin bijeengehouden door de elektromagnetische kracht. Deze kracht speelt ook een rol in het atoom zelf dat bestaat uit een kleine positief geladen kern met daaromheen een wolk van negatief geladen elektronen, die door de elektromagnetische kracht bij de kern gehouden wordt.

Afbeeldingsresultaat voor atoom


De atoomkern zelf is weer opgebouwd uit kleinere deeltjes: de positief geladen protonen en de elektrisch neutrale neutronen. Deze worden in de kern bijeen gehouden door de sterke kernkracht. Protonen en neutronen bleken op hun beurt ook weer uit deeltjes te bestaan, quarks, en die zijn eveneens onderhevig aan de sterke kernkracht. Elk proton en neutron bevat steeds drie quarks.

Elk deeltje heeft ook een antideeltje……antimaterie

Daarnaast bevatten protonen en neutronen ‘lijmdeeltjes’ die de quarks bij elkaar houden. Deze zogeheten gluonen (glue = lijm) zijn op te vatten als de dragerdeeltjes van de sterke kernkracht. De eerste losse quarks zijn dus ontstaan in een plasma van gluonen.

Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is Bouw_materie.PNG

Alledaagse, normale materie is opgebouwd uit protonen en neutronen
Protonen en neutronen zijn weer opgebouwd uit nog kleinere deeltjes…..quarks

Elk materiedeeltje heeft dus een antideeltje. Een iets grotere hoeveelheid quarks en elektronen dan anti-quarks en anti-elektronen heeft z’n sporen nagelaten in de huidige overvloed van gewone materie in de vorm van….atomaire en subatomaire deeltjes..

Vóór het ontstaan van materie en anti-materie gingen protonen en neutronen ongehinderd in elkaar over, met als gevolg dat er “toevallig” geleidelijk aan meer protonen dan neutronen zijn ontstaan…waardoor het heelal grotendeels uit waterstof is gaan bestaan!

Zijn er vrije neutronen en protonen?

Vrije neutronen komen voor als ze bijvoorbeeld door radioactief verval vrijkomen kunnen ze gewoon rondzweven door een vacuum. Ze zijn echter niet stabiel, en vervallen tot waterstof, met een halfwaardetijd van minder dan een kwartier.

Neutronen gaan relatief gemakkelijk door de meeste materie, of een barrière heen. Er zijn isotopen die redelijk gemakkelijk een neutron kunnen invangen….door het tunneleffect.

Een bewegend deeltje wat een barrière ontmoet kan alleen over deze barrière heenkomen als zijn energie groter is dan een bepaalde grens. Is de energie van het deeltje lager dan zal het de barrière nooit kunnen passeren. In de kwantummechanica blijkt het, onder bepaalde omstandigheden, wel mogelijk dat het deeltje de barrière passeert, ook als zijn energie niet groot genoeg is. Dit komt omdat de golffunctie van het deeltje aan de andere kant van de barrière wel heel klein is. Dit betekent dat er een, zeer kleine, kans is dat het deeltje toch aan de andere kant van de barrière komt.

Vrije protonen bevinden zich in kosmische straling bestaat daar voor een groot deel uit.

Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling
Bij radioactiviteit
Atomen die vanuit de ruimte richting aarde komen, knallen op onze dampkring uit elkaar. Dat komt door de botsing met onze zuurstofatomen. Ze vallen dan uit elkaar en veranderen in protonen, neutronen, elektronen of iets anders. En die komen als een soort deeltjesdouche op aarde terecht.

Maar vrije protonen gaan we niet terugvinden in een stof: zodra ze met voldoende lage snelheid een elektron tegenkomen is het gevolg  een neutraal waterstofatoom.

Isotopen

Atomen kunnen verschillende aantallen “atoomdeeltjes” hebben d.w.z. hetzelfde aantal protonen, terwijl het aantal neutronen in de atoomkern verschilt. Sommige isotopen zijn stabiel, d.w.z. niet radioactief (die
door
radioactief verval overgaan in andere elementen, of andere isotopen van hetzelfde element waarbij radioactiviteit vrijkomt) andere zijn dat niet. Dit uit elkaar vallen gebeurt met een constante vaststaande snelheid. Dit betekent dat na bijvoorbeeld 10 miljoen jaar er nog maar de helft over is en na 20 miljoen jaar nog maar 1/4 deel. Deze “halfwaarde tijd” is voor iedere radioactieve isotoop verschillend.Van sommige radioactieve (d.w.z. onstabiele) isotopen is het bekend in welke hoeveelheden ze voor kwamen in vergelijking met stabiele isotopen.

De grootte van een atoom wordt bepaald door de elektronenwolk. Afhankelijk van het atoomnummer varieert de straal van een atoom van circa 60 pm (helium met 2 protonen in de kern) tot 275 pm (francium met 87 protonen in de kern). Hoe meer protonen in de kern, dus ook hoe meer elektronen, des te groter is het atoom. De atoomkern is slechts een honderdste picometer in diameter…1 picometer = 0,000000001 mm.

  • Maar voor deze afmeting is ’t beter ’n atoomkern voor te stellen als ’n puntdeeltje. Maar dan wordt het bizar!!!.
  • In dat puntdeeltje bevinden zich twee atomaire deeltjes: protonen en neutronen. Om die waar te kunnen nemen, zou je in de kern 5 maal ’n 10 malige vergroting moeten toepassen…..
  • …..en dán zouden we “in de verte” quarks kunnen waarnemen….
  • Met andere woorden…..ik begin nu de snaartheorie te begrijpen….

Sinds begin jaren tachtig is het mogelijk om met behulp van atomic force microscopy (AFM) en scanning tunneling microscopy (STM) atomen en moleculen te kunnen waarnemen.

Afbeeldingsresultaat voor atoom met Atoomkrachtmicroscopie

* Video advanced-chemistry-how-big-is-an-atom.

Afbeeldingsresultaat voor afstand atoomkern elektron

Stel de atoomkern voor als een voetbal van 30 cm, dan cirkelt het elektron eromheen op een afstand van ongeveer 30 km. Voetbal in Amsterdam en elektron in Utrecht……
Als je met je hand ergens op duwt dan raken de atomen van hand en voorwerp elkaar niet maar blijven op grote afstand van elkaar.

Alle natuurverschijnselen die we kunnen waarnemen worden veroorzaakt door vier krachten: Ik wil me beperken tot drie ervan: de sterke- en zwakke kernkracht en de elektromagnetische kracht, omdat ze atomair zijn d.w.z. deze krachten hebben betrekking op atomen.

De sterke kernkracht houdt protonen en neutronen bij elkaar. Deze kracht
is te danken aan de sterke wisselwerking tussen quarks.
Protonen zijn positief geladen en stoten elkaar af, neutronen hebben geen elektrische lading. In de atoomkern is een soort “lijm” werkzaam: kracht overbrengende gluonen (het Engelse glue). Deze “lijmen” de quarks aan elkaar vast zodat ze nooit meer los kunnen komen. Zonder gluonen zou de kern uiteenspatten door de elektrische afstoting tussen de protonen.

Ioniserende straling is voldoende energetisch is om een elektron uit de buitenste schil van een atoom weg te slaan. Hierdoor krijgt het atoom in totaal een positieve lading in plaats van een neutrale lading. Deze straling ontstaat bij radioactiviteit, dit is het spontane uiteenvallen van atoomkernen. Ioniserende straling wordt in de volksmond vaak ‘radioactieve straling’ genoemd, maar dit is eigenlijk een verkeerde term, want ‘radioactief’ betekent letterlijk ‘actief straling uitzendend’.

Een kenmerk van radioactiviteit is dat de straling vanzelf met de tijd afneemt. Hoe meer tijd er verstrijkt, hoe minder straling.  De instabiele elementen zoeken naar een nieuw evenwicht. Als ze dat evenwicht bereiken, is de radioactieve stof stabiel geworden en zendt het geen straling meer uit.
Hoe lang dat duurt, drukken we uit met halveringstijd. Dat is de tijd die nodig is om telkens de helft van de radioactiviteit kwijt te raken. Na twee halveringstijden is de radioactiviteit de helft van de helft. Dat is dus een kwart van de beginwaarde. Een paar halveringtijden

Radioactiviteit is het uitzenden van ioniserende straling. Hierdoor treedt bij sommige instabiele isotopen een spontane verandering op: deze desintegreren in een andere atoomsoort. dit is radioactief verval. Na de desintegratie is de atoomkern veranderd van samenstelling en bevat dus meer of minder protonen en/of neutronen. Er is dan een andere atoomsoort ontstaan, dus een ander element (soms ook een andere isotoop van hetzelfde element). Dit wordt op quantumniveau mogelijk gemaakt door Quantum-Tunneling

Tunneling of tunneleffect is een proces in de kwantumfysica, waarbij een deeltje door een barrière heen gaat, terwijl het eigenlijk niet voldoende energie heeft om over die barrière heen te gaan.  Op een “veel grotere schaal” zien we ongeveer dit effect in de endosymbiose van cellen, maar dat even terzijde….. 

Afbeeldingsresultaat voor endosymbiose

Periodiek systeem der elementen

Al eerder gaf ik deze video aan Elementen-verbindingen-en-ontleden en met alles wat ik afgelopen week bestudeerd heb kan ik me hier nu in ga verdiepen. Later volgt de ontrafeling.

Atoomnummer

Het atoomnummer geeft het aantal protonen in de kern van het atoom aan en is een belangrijk begrip uit de chemie en de kwantummechanica. Een element en zijn plaats in het periodiek systeem zijn aan de hand van het atoomnummer vastgesteld. Wanneer het atoom als geheel elektrisch neutraal is, is het atoomnummer gelijk aan het aantal elektronen in de elektronenwolk rond de kern. De positie van de buitenste elektronen is essentieel bij het bepalen van atoombindingen. Bij atomen die niet elektrisch neutraal zijn is het aantal elektronen ofwel groter dan het atoomnummer, dit zijn ionen. Anionen zijn negatief geladen, kationen positief geladen. Deze atomen of isotopen zijn niet stabiel.

Is een atoom stabiel-of-instabiel?      

Elektronen bepalen het gedrag van het atoom

Elektronen springen van energieniveau naar energieniveau en daarbij komt straling vrij. Straling kan energie als elektromagnetische golf of als lichtdeeltje (een foton) overbrengen. Straling die zeer energetisch is kan atomen ioniseren. Een atoom wordt een positief ion doordat er een elektron verdwijnt en een negatief ion als er een elektron bijkomt. De lading van het atoom is dan niet langer neutraal.
Lees over straling

Andere vormen van straling

Kosmische straling is een verzamelnaam voor deeltjes en lichtdeeltjes (fotonen) met een zeer hoge energie die ons vanuit de diepe ruimte bereiken. Hieronder bevinden zich geladen deeltjes, zoals elektronen en protonen, neutrino’s en hoog-energetische fotonen van gammastraling.

In bepaalde kernen zitten de nucleonen (protonen en neutronen) als het ware ongelukkig geschikt m.a.w. de atomen zijn onstabiel. Door gammastraling (γ-straling) of door hoog energetische elektromagnetische straling met een snelheid van 300.000 km/s uit te zenden gaan de nucleonen zich herschikken tot een meer stabiele vorm. Gammastraling een hogere energie dan ultraviolet licht en röntgenstraling. Het ioniserende vermogen daarentegen is lager dan dat van alfastraling

De energie van de deeltjes die de kosmische straling uitzendt loopt uiteen van rond de 10^9 elektronvolt tot enkele malen 10^20 eV. Kosmische straling biedt véél hogere energieën dan de grootste deeltjesversnellers, zoals CERN, die nog niet verder komen dan 10^12 eV…..

Ter vergelijking: deeltjes die uitgezonden worden door de zon hebben energieën tót ongeveer 10^12 eV en deze veróórzaken al verschijnselen zoals poollicht….deze zórgen al voor aangeslagen elektronen:

  • Geladen deeltjes botsen met zuurstof- en stikstofatomen en worden geïoniseerd. De atomen komen in een aangeslagen toestand. De fotonen die een zuurstofatoom vervolgens uitstoten zijn groen of bruin-rood. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid energie die het atoom absorbeert. Stikstof stoot blauw of rood uit, blauw als het atoom een elektron terugwint, rood als het atoom vanuit aangeslagen toestand naar de grondtoestand terugkeert. Simpelweg omdat de elektronen overtollige energie krijgen. Deze energie wordt verpakt in energiepakketjes, golfpakketjes ook wel fotonen genoemd en daar hoort nou eenmaal een bepaalde golflengte bij (in nanometers uitgedrukt). Vrijgekomen energie levert dus een belangrijke bijdrage.

Het is bekend dat voor nóg hogere energieën, supernovae een belangrijke bijdrage leveren aan de vorming van elementen, dus aan alle denkbare atoomsoorten en hun isotopen, dus.
Deeltjes met energieën tot ongeveer 10^16 eV zijn afkomstig van supernova’s. Deeltjes met nóg meer energie kunnen zelfs aan galactische magneetvelden ontsnappen en kunnen dus een extragalactische oorsprong hebben. Hierbij wordt gedacht aan Gamma-Ray Bursts (GRB), aan actieve kernen van ver weg gelegen sterrenstelsels (super- zwarte gaten) en aan Hypernova’s of andere verschijnselen die met zeer energetische plasmajets gepaard gaan.

Een aangeslagen kern geeft
gammastraling af om de toegenomen energie kwijt te raken. Omdat de gevormde kern vaak een neutronenoverschot heeft treedt ook vaak bètastraling op. Er wordt een elektron met zeer hoge energie uitgezonden en het aantal protonen neemt daardoor toe met één.
In de regel zijn lichte elementen met een klein neutronenoverschot (of klein tekort) stabiel, dat wil zeggen niet-radioactief d.w.z. dat die niet vervallen in een andere atoomsoort.

Radioactief verval treedt op wanneer een isotoop spontaan wordt omgezet in een ander isotoop, waarbij een deeltje (een elektron, een proton of een alfadeeltje) wordt uitgezonden of gecapteerd (elektronenvangst). Dit gebeurt hoofdzakelijk met instabiele isotopen.

Een alfadeeltje bestaat uit twee neutronen en twee protonen. Het is identiek aan een kern van de 4Heisotoop van helium.

Bij het radioactief verval van zware elementen wordt er vaak een alfadeeltje uitgestoten. Dit kan zijn omgeving ioniseren. Dit verschijnsel staat bekend als alfastraling.

Alfastraling ontstaat in het α-vervalproces, waarin een atoomkern een 4He-kern uitzendt; daarmee verliest de radio-isotoop twee protonen en twee neutronen. Dit wordt op quantumniveau mogelijk gemaakt door het tunneleffect. Het massagetal wordt daarmee met vier verminderd en het atoomnummer met twee. Er wordt dus een compleet ander element gevormd.

Door het beschieten van materialen met neutronen kunnen er óók elementen met hogere atoomgetallen worden geproduceerd. Dit proces komt ook voor in de mantel van sterren en is daar verantwoordelijk voor de vorming van zwaardere elementen dan door kernfusie zouden kunnen ontstaan.

Kernfusie in sterren is het samensmelten van kernen van atomen, waardoor er nieuwere, zwaardere kernen van atomen ontstaan. In de zon bijvoorbeeld, wordt als laatste silicium omgezet in ijzer. Dat ijzer kan niet meer verder worden omgezet.
Zie ook dit bericht over dit onderwerp.

Neutronenvangst.

Neutronenvangst of protonenvangst 

Een atoomkern vangt een extern neutron of proton in, waarbij een al dan niet stabiele zwaardere isotoop van dat element wordt geproduceerd.

Elektronenvangst Een elektron uit een van de onderste elektronenschillen wordt ingevangen in de atoomkern, waarbij een proton in een neutron verandert onder uitzending van een neutrino.

Bij elektronenvangst wordt een elektron, meestal afkomstig uit de K- of L-schil (’t dichtsbij de kern), door een proton opgenomen. Daarbij wordt het proton (met het opgenomen elektron) omgezet in een neutron en een neutrino (een elektrisch ongeladen elementair deeltje…..per seconde wordt elke vierkante cm van de Aarde, loodrecht op de richting van de zonnestralen, gepasseerd door 65 miljard zonneneutrino’s)

Afbeeldingsresultaat voor wat zijn neutrino's
Een neutrino
is een verwant van de elektron, een minuscuul, ongrijpbaar en onzichtbaar deeltje afkomstig uit het heelal. Dit deeltje laat zich door nagenoeg niets tegenhouden, miljarden schieten er elke seconde dwars door je lichaam, dwars door de aarde, dwars door alles wat je je maar kan bedenken

Bij elektronenvangst wordt in plaats van een elektron uit te zenden een elektron, meestal uit de binnenste elektronenschil, van het atoom opgenomen in de kern.

Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is Electron_capture_NT.PNG


Het opgenomen elektron laat een gat achter in de K- of L-schil. Dit gat wordt opgevuld door een elektron uit een hogere schil, onder uitzending van remstraling of röntgenstraling. Het is te danken aan deze straling dat verval via elektronenvangst te detecteren is.

Afbeeldingsresultaat voor röntgenstraling


Nucleosynthese

Nucleosynthese is het proces waarbij kernen van zwaardere elementen, bestaande uit protonen en neutronen, worden opgebouwd uit lichtere elementen. “Oerknal-nucleosynthese” is de vorming van de lichtste atoomkernen, waterstof, kort na de inflatie. Zelf gebruik ik liever de term Inflatie voor het doen ontstaan van het heelal. Dit proces moet echter niet verward worden met nucleosynthese dat pas 200 miljoen jaar later begon in sterren.

Toen het heelal nog klein en heet was, ontstonden uit een kwantumfluctuatie in het allesoverheersende vacuüm eerst vrije quarks, elektronen en losse atoomkernen, die ongebonden door elkaar heen bewogen. Quarks zijn mathematische puntdeeltjes of liever (volgens de snaartheorie) minuscule snaartjes.


Van puntdeeltjes naar snaren.

Quarks en gluonen vlogen vrij rond in een zogeheten quark-gluonplasma. (gluonen zijn de dragers van de sterke kernkracht…glue = lijm).

Afbeeldingsresultaat voor quark gluon plasma

fase van materie die ontstaat bij extreem hoge temperaturen en dichtheid


In een latere fase zijn quarks protonen en neutronen gaan vormen, ingevangen door atoomkernen. Deze deeltjes werden in de kern bij elkaar gehouden worden door opnieuw de sterke kernkracht.

Afbeeldingsresultaat voor protonen


Protonen zijn stabiel, maar een vrije neutron vervalt in 886 seconden door de zwakke kernkracht met bètaverval tot een proton, een elektron en een elektron-antineutrino. Zo ontstond in het zeer vroege heelal een verhouding protonen: neutronen 7:1.
Eerst werd gedacht, dat de optredende reactie enkel vorming van deuterium was: n + p → D. Latere metingen en berekeningen toonden aan, dat in dit vroeg stadium ook al tritium, helium-3, helium-4 en lithium-7 ontstaan moeten zijn. Alle zwaardere elementen zijn pas later door nucleosynthese in sterren ontstaan, door nucleosynthese ongeveer 200 miljoen jaar later.

Afbeeldingsresultaat voor nucleosynthese van de elementen


Supernovae

Sterren die exploderen als supernova, zijn de bronnen van het hele periodiek systeem der elementen dat de ruimte ingeslingerd wordt.

Gerelateerde afbeelding

Geleidelijk hopen zich zwaardere elementen op in de kern. Er ontstaat een gelaagdheid die te vergelijken is met de schillen van een ui met de lichtere elementen in de buitenste schillen. Als de kern van de ster een bepaalde massa overschrijdt zal de ster imploderen. De temperatuur en de dichtheid van de kern nemen gigantisch toe. Tenslotte kaatst de implosie terug naar de kern waarbij materie de ruimte wordt ingeslingerd. Dit zien wij als de supernova, ’n superfelle lichtflits, als een nieuwe ster die wekenlang zelfs overdag zichtbaar is. Wat overblijft is een ultra-compact object dat we neutronenster noemen.

Bij de extreem hoge temperaturen die kort vóór de supernova-explosie in de ster heersen, zijn allerlei kernreacties mogelijk, waarbij elementen worden gevormd die veel zwaarder zijn dan ijzer.

Het einde van een zware ster, zwaarder dan circa 8 zonnemassa’s “vlak voor” de explosie 

Afbeeldingsresultaat voor fusie in zware sterren

Na de heliumverbranding (die plaatsvindt in onze Zon) zijn nog vier stadia te onderscheiden: namelijk koolstof-, neon-, zuurstof- en siliciumverbranding. Het eindproduct van de siliciumverbranding is ijzer

In het binnenste van de ster worden de atoomkernen zo dicht op elkaar geperst, dat er uiteindelijk een supercompacte bal ontstaat die vrijwel uitsluitend uit neutronen is opgebouwd – kerndeeltjes zonder elektrische lading. Die neutronenkern heeft een middellijn van enkele tientallen kilometers, maar is een paar keer zo zwaar als de zon. Hij laat zich niet verder samendrukken, en de buitenste gaslagen van de ster, die met hoge snelheid naar binnen vallen, komen abrupt tot stilstand op deze bolvormige ‘muur’ van neutronen. Bij die klap komt zo veel energie vrij, dat de buitenlagen van de ster vervolgens het heelal in geblazen worden. De ster spat uit elkaar in een geweldige explosie, die honderd miljard keer zo helder kan zijn als de zon.

Het eindproduct van de siliciumverbranding is ijzer. Het vormen van steeds zwaardere elementen houdt dus op bij ijzer: bij elementen zwaarder dan ijzer, levert kernfusie geen energie meer op, maar kost kernfusie juist energie. Op het moment dat dit gebeurt, implodeert de sterkern vrijwel meteen. Hierbij komen vele neutrino’s vrij, die samen met een schokgolf zorgen voor een enorme explosie in de buitenste lagen, die wij zien als een van de meest extreme gebeurtenissen die zich in het heelal voordoen: een supernova.
In de overblijvende kern worden gedurende de explosie de elektronen de atoomkernen ingeduwd, waar ze samensmelten met protonen en neutronen. De zware ster implodeert dan tot een zeer klein en zwaar object: een neutronenster.

Afbeeldingsresultaat voor neutronenster

Het ineenstorten van een zeer zware ster tot een super zwaar zwart gat veroorzaakt een hypernova en hierbij ontstaan gammaflitsen.

Afbeeldingsresultaat voor gammaflitsen

Tijdens zo’n flits is de energie-uitstoot honderden malen groter dan de straling die afkomstig is van een supernova-uitbarsting.

Bij Supernovae en Hypernovae worden atoomkernen gebombardeerd met neutronen, totdat elementen binnen enkele seconden tot aan de zwaarste elementen gevormd worden.  Al deze zwaardere elementen worden vervolgens o.a. door de hele Melkweg verspreid door de immense kracht van de supernova.  Sterontploffingen zijn verantwoordelijk voor het veranderen van de samenstelling van het gas en atomen waaruit elke generatie sterren zich vormt. Zonder super- of hypernova-explosies zouden er geen zware elementen in het interstellaire gas zijn. Zouden er ook geen isotopen zijn van de atoomsoorten. Er zou geen silicium zijn om rotsachtige planeten te vormen, geen zuurstof om water te vormen, geen van de elementen waarvan we hier op onze planeet afhankelijk zijn. Het is het materiaal waarvan onze hele aardse natuur inclusief wijzelf zijn gemaakt.

Afbeeldingsresultaat voor atomen en moleculen interstellaire wolken

Uit waarnemingen met onder andere het Infrared Space Observatory (ISO) en de Amerikaanse Spitzer Space Telescope blijkt dat er een enorme variatie aan atomen. isotopen en moleculen bestaat in gigantische gas-en stofwolken: er zijn nu meer dan 150 verschillende interstellaire moleculen bekend……

Door alle genoemde straling die aanwezig is in heelal, kan dit dus tot atoom- en moleculevorming leiden in gigantische gas-en stofwolken tussen de sterren. Met inbegrip van de aan alle atomen gebonden wel of niet radioactieve isotopen, zijn de enorme atomaire en moleculaire variaties dus ook terug te vinden op alle planeten van ons zonnestelsel.

Hiermee begin ik aan mijn ontrafeling van het Periodiek systeem der elementen, dat aan de Russische chemicus Dmitrij Mendeljejev in een intuïtieve visioen  werd geopenbaard.

Metalen en niet-metalen

Een belangrijke onderverdeling van de elementen in het periodiek systeem is die in metalen en niet-metalen. In het periodiek systeem hieronder zie je hoe die onderverdeling is. Merk op dat de meeste elementen tot de metalen worden gerekend.

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem van de elementen aljevragen

Hoe is het periodiek systeem opgebouwd? – Aljevragen.nl

Om een duidelijk overzicht te geven van de 7 periodes en 18 groepen de volgende afbeelding

375px-periodic_table_(polyatomic).svg

De horizontale rijen van de tabel zijn de 7 periodes, de verticale kolommen zijn de 18 groepen.
De elementen met atoomnummers 58 (Ce) tot en met 71 (Lu), de lantaniden, en 90 (Th) tot en met 103 (Lr), de actiniden, worden onderaan in aparte rijen geplaatst.

Alle elementen zijn gerangschikt naar opklimmend atoomnummer en overeenkomsten in chemische eigenschappen.

Periodiek Systeem

Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen dat in de kern aanwezig is.
  – Beryllium (Be) heeft atoomnummer 4 en bevat dus 4 protonen.
Elektronen bepalen de chemische eigenschappen van het atoom, en er zijn net zoveel elektronen als protonen in de kern (anders zou een atoom elektrisch geladen zijn). Beryllium heeft dus 4 elektronen.

Massagetal

Het massagetal is de som van het aantal protonen en neutronen in een atoomkern. Protonen zijn positief geladen, neutronen zijn ongeladen deeltjes. De atoomkern is dus positief geladen. Rondom kern bevindt zich een negatief geladen elektronenwolk. De negatief geladen elektronenwolk rond de kern compenseert de positieve lading van de kern zodat het atoom als geheel elektrisch neutraal is.

De meeste atomen kunnen meerdere massagetallen hebben. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat het aantal neutronen in de kern kan variëren. Het aantal protonen in een bepaald atoom (het atoomnummer) is echter altijd hetzelfde.

Voorbeeld
Helium (He) heeft atoomnummer 2. Dit betekent dat helium 2 protonen heeft. Om te weten hoeveel neutronen helium heeft kijken we naar het massagetal.


De atoomkernen van drie heliumisotopen
D

Isotopen van dezelfde atoomsoort, dus met hetzelfde atoomnummer verschillen van elkaar in het aantal neutronen.

Chemische Bindingen

Even terug naar de Supernova-explosie. Daar werden immers elementen de ruimte ingeslingerd, voornamelijk gassen. In gassen bewegen atomen zich in alle richtingen door elektromagnetische velden: aantrekkingsvelden. Er bestaat nou eenmaal een aantrekkende kracht tussen twee of meer atomen. Het is niet eens “alsof”, maar atomen ‘voelen elkaar aan’ en verbinden zich…..

Soms lijkt de chemie op tovenarij…...uit het zeer brandbare waterstofgas en het eveneens brandbare zuurstofgas kan door reactie water gevormd worden.

Element Clipart hydrogen 19 - 1194 X 1300

Video schrödingers-cat-a-thought-experiment-in-quantum-mechanics-chad-orzel. Met hierin animatie covalente binding  watermolecule door superpositie elektronen

Superpositie lees je in dit artikel quantummechanica-info

Bindingstypen

  • Atoombinding ook wel covalente binding genoemd, is een binding tussen twee niet-metaalatomen. De atoombinding wordt gevormd door een zogenoemd gemeenschappelijk elektronenpaar tussen de atomen: één elektron van een atoom vormt samen met één elektron van een ander atoom een elektronenpaar. De atoombinding wordt aangegeven met een streepje in de structuurformule.
    Het aantal atoombindingen dat een atoom kan aangaan met een ander atoom noemen we de covalentie van een atoom.
Koolstof (C) heeft covalentie 4, Waterstof (H) covalentie 1, en Zuurstof (O) covalentie 2

Moleculaire stoffen

  • De vanderwaalsbinding is een zwakke binding die plaatsvindt tussen moleculaire stoffen. De sterkte van de binding hangt vooral af van de grootte van het molecuul: moleculen met een grotere massa oefenen dus een sterkere vanderwaalsbinding op elkaar uit dan moleculen met een kleinere massa. Moleculaire stoffen zijn stoffen die uitsluitend bestaan uit niet-metaalatomen.
  • Een waterstofbrug is een binding die plaatsvindt tussen moleculen. De moleculen waartussen een waterstofbrug kan voorkomen bevatten een waterstofatoom dat verbonden is aan een zuurstof- en/of stikstofatoom. Het H-atoom slaat als het ware een brug tussen twee moleculen.
Vereenvoudigde voorstelling van de vorming van waterstofbruggen.

In het DNA van levende cellen zijn de stikstofbasen van de beide nucleotidenketens door waterstofbruggen verbonden
  • Een metaalbinding is de binding van positieve metaalionen door vrij bewegende elektronen. Chemisch gezien zijn metalen stoffen die zijn opgebouwd uit metaalatomen.
  • Het gaat hierbij om elektronen die in de buitenste schil zitten van zo’n atoom, relatief ver van de kern, en in een relatief onstabiele situatie omdat die schil niet vol is. Met een beetje energie sla je al makkelijk eens wat elektronen “los”. Zo’n atoom raakt dus vrij makkelijk eventjes een elektron kwijt aan buurman A, maar kan er dan nét zo makkelijk eentje terug krijgen van buurman B, C, D, E of F als van A. Dat gaat in het ene metaal overigens ook veel beter dan in het andere. 
  • De valentiebinding. Met het begrip valentie wordt het maximale aantal atomen aangegeven, dat een chemische verbinding kan aangaan met een gegeven ander atoom. De binding kan hierbij zowel covalent als ionair (tussen ionen) van aard zij. Voor tal van elementen kan het aantal bindingen dat kan worden aangegaan – en daarmee dus ook de valentie – sterk variëren van verbinding tot verbinding.
  • Een covalente binding is een binding tussen atomen waarin de atomen een of meer gemeenschappelijke elektronenparen hebben. Niet-metalen gaan met elkaar covalente bindingen aan.
Afbeeldingsresultaat voor een covalente binding
  • Een elektronenpaar is een paar van elektronen in de buitenste schil van een atoom dat niet voor een valentiebinding gebruikt wordt. Deze elektronenparen horen bij het betreffende atoom, maar kunnen een tijdelijke band met een ander deeltje vormen. In dat laatste verband wordt ook vaak gesproken van een vrij elektronenpaar.
  • Een vrij elektronenpaar is een paar van valentie-elektronen dat niet betrokken is in een chemische binding.
  • Valentie-elektronen bevinden zich in de buitenste schil van de elektronenwolk, in een nog niet helemaal opgevulde elektronenschil, de valentieschil. Deze buitenste elektronen zijn het zwakst aan de atoomkern gebonden en worden daarom makkelijk afgestaan aan andere atomen, om op hun beurt weer een gevulde schil te krijgen. Deze elektronen bepalen op welke wijze een atoom door chemische bindingen met naburige atomen tot een molecuul verenigd kan zijn. De valentie van een atoom is het aantal bindingen dat een atoom kan aangaan met andere atomen.

 Elektronenconfiguratie geeft aan, hoe de elektronen van een atoom over de verschillende energieniveaus zijn verdeeld.

deze shro-atom-1.gif
Het atoommodel kent energieniveaus om de positie van de elektronen aan te geven

Video elektronenconfiguratie energy-levels-energy-sublevels-orbitals

Erwin Schrödinger, een Oostenrijkse natuurkundige, beschreef de beweging van elektronen met golvingen in de elektronenwolk.

SCHRÖDINGER’S ATOMIC MODEL              Orbits Vs. Orbitals   2-D path                  3-D path   Fixed distance from    ...

Instead of being organized in Bohr’s 2-D orbits, electrons are actually found in 3-D orbitals. Each orbital defines an area where the probability of finding an electron is high. These orbitals are known as electron “clouds”.
atm1
Atomen variëren in grootte van miljoenste millimeters……dit heeft te maken met de grootte van de elektronenwolk

1 picometer = 1 biljoenste meter =  10 -12 m =  0,000 000 000 001 m = 1 miljardste mm = 0,000 000 001 mm

Atoomstraal waterstof is 37 pm = 37 biljoenste meter = 37 miljardste mm = 0,000.000.037 mm

Video How_small_is_an_atom?

De celcyclus is nu rond, maar er ging iets aan vooraf….een elementair proces

…..Al het leven is, letterlijk ‘in wezen‘, gebaseerd op het vermogen van cellen om zich te delen in genetisch gelijkwaardige ‘dochtercellen’. Het proces dat zich afspeelt vanaf het samensmelten van twee cellen tot haar eigen splitsing en weer verder. Ik vervolgde met ‘de chemie van het denken en bewustzijn’ en gaandeweg kwam ik tot de conclusie dat het periodiek systeem der elementen mijn inziens een vergelijkbaar systeem kent als de celcyclus: een elementair proces

Allereerst waren er de lichtste elementen waterstof en helium

De eerste honderdduizenden jaren was het heelal veel te heet en was er veel teveel straling om atomen aan elkaar te laten binden. In die periode bestonden er maar een paar soorten atomen: waterstof, helium en lithium. Toen het heelal genoeg was afgekoeld om helium en waterstof met elkaar te kunnen combineren, ontstond het molecuul heliumhydride.

Afbeeldingsresultaat voor heliumhydride

Heliumhydride is een verbinding van een heliumatoom (He) en een geïoniseerd waterstofatoom (H+).

Atomen en atomaire deeltjes voelen elkaar aan door de sterke- en de zwakke kernkracht die in elk atoom, in elk atomair deeltje, protonen, neuronen en elektronen, én in deeltjes binnen die deeltjes, de quarks, al bijna 14 miljard jaar aanwezig zijn. Het is echter niet direct mijn bedoeling om hier te spreken van een bewustzijn in deze minuscule quantumdeeltjes, maar mogelijk tóch een vorm ván.

Daarom vind ik het boeiend om te proberen het periodiek systeem te ontrafelen. Het meest bijzonder is het gedrag en de verdeling van de elektronen in een wolk rondom de atoomkern, met het besef van de grootte van een atoomkern!! Een puntdeeltje met daarin óók nog ‘ns subatomaire deeltjes: de quarks. Minuscule elastische trillinkjes met ’n welbepaalde golflengte, hieronder aangegeven met kleuren.

The pressure inside a proton is greater than a neutron star: a study suggests

Een proton en een neutron bestaan beiden uit 3 andere deeltjes, genaamd quarks. Er zijn twee soorten quarks, positieve en negatieve. De positieve quark heet een lading van +2/3. De negatieve quark een lading van –1/3. Een proton bestaat uit twee positieve en één negatieve quark. Als je de ladingen bij elkaar optelt krijg je de al bekende lading, van de proton, +1. Een neutron bestaat uit twee negatieve quarks en één positieve quark. Bij elkaar opgeteld geven deze drie quarks een neutrale lading.
Quarks hebben de kleuren rood, blauw en groen gekregen en anti-quarks de kleuren geel, cyaan, magenta.

Opbouw atoomkern

De verdeling van de elektronen rond een atoom wordt bepaald door kwantumgetallen:

  • Het hoofdkwantumgetal n, een hoofdverdeling van de energieniveaus, de hoofdschillen genoemd.
  • Het nevenkwantumgetal l (kleine L), verdeelt de hoofdschillen in subschillen. Deze worden aangegeven door de letters s, p, d en f. Het nevenkwantumgetal l, ook wel impulsmomentkwantumgetal, bepaalt de vorm van het orbitaal van een atoom, het gebied rondom een atoomkern. Orbitaal is het gebied rondom een atoomkern waarin elektronen met een bepaalde energie zich met 90% waarschijnlijkheid bevinden.
  • De letters s, p, d en f zijn ontleend aan de benamingen voor de lijnenseries uit de spectraalanalyse, s staat voor “scherp”, p voor “principaal”, d voor “diffuus” en f voor “fundamenteel”.

Mijn ontrafeling van het Periodiek Systeem der elementen

Afbeeldingsresultaat voor periodiek systeem

Elektronen zoeken hun eigen welbepaald plekje in een baan om de kern. Het is alsof ze zich atomair bewust zijnvan hun omgeving en de invloed die ze hebben op de chemische eigenschappen van het te vormen element.

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. Elektronen “zoeken hun welbestemd plekje” in een schil.

Een orbitaal is in de kwantummechanica het gebied rondom een atoomkern waarin elektronen met een bepaalde energie zich met 90% waarschijnlijkheid bevinden.

Elektronen bevinden zich in denkbeeldige banen / schillen om een atoomkern in een orbitaal. De verdeling van de elektronen in 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: elementaire deeltjes beïnvloeden elkaar in een vervalproces van radioactiviteit. Ze zijn zich, mijns inziens, elementair bewust van het verval.
Een neutron kan vervallen tot een proton en/of een elektron. Het atoomnummer is door het extra proton één hoger 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.


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 druk zich 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

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
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

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

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 komt nooit voor als een vrij element, alleen als een verbinding. 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 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

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.

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.

Mineral de Boro

In zuiver vorm is boor een extreem hard en zwaar halfmetaal dat pas boven de 2000 graden smelt.

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
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.

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. Ook waterstof en de halogenen fluor, chloor, broom, jodium en astaat alsmede de edelgassen (de hele rechter kolom) worden gerekend tot de niet-metalen gerekend.

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

Methaan is 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
  • 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.

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

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 bacteriecel en 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
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 foton absorbeert, 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

10. Neon (Ne)

Neon
Atoommassa
20,17 u

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.

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

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.

Natrium is ‘boterzacht’
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
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.

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

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
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
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

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 in grote hoeveelheden voor in mineralen zoals pyriet, galena, sfaleriet, gips en bariet.
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, zwaveldioxide.

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 logenvan 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.

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

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.

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

Dus niet te vergeten de rode planeet

27. Kobalt (Co)

Cobalt
Atoommassa 58,933 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d7 4s2
Het woord kobalt komt van het Duitse kobald (kabouter). Kobalterts werd vaak verward met ertsen van de metalen die men wilde delven, waardoor de teleurstelling groot was als men het ongewenste kobalt verkreeg. Kobalt trekt het giftige arseen aan en joeg daarom angst aan bij de mijnwerkers. Men geloofde dus dat kobolden uit kwaadaardigheid dit metaal in de mijnen legden.

Samen met nikkel en ijzer wordt dit overgangsmetaal vaak in grote hoeveelheden aangetroffen in meteorieten.

Kobaltblauw was al bekend bij de Egyptenaren
Kobalterts gedolven in Congo Een grondstof die onmisbaar is voor de productie van accu’s voor elektrische voertuigen.

28. Nikkel (Ni)

Nickel
Atoommassa 58,693 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d8 4s2
Het grootste deel van het wereldwijd geproduceerde nikkel wordt gebruikt bij de productie van roestvast staal. Euromunten van €1 en €2 zijn ook van nikkel
Kopererts
Nikkelerts werd vaak aangezien voor kopererts. Bij een poging koper te winnen uit nikkelerts, bleef er tot verbazing een wit poeder over dat nickel werd genoemd: Kupfernickel,

Mijnwerkers gebruikten dat woord voor het erts waaruit geen koper te winnen viel en slechts het ongewenste nickel opleverde. Boosaardige aardgeesten, Nickeln, werden daarvoor verantwoordelijk gehouden. Een soortgelijk verhaal kent het element kobalt. Hier zouden kobolden het kwade toverwerk verrichten.

Afbeeldingsresultaat voor aardkern
Nikkel is essentieel voor aardmagneetveld

29. Koper (Cu)

Copper
Atoommassa 63,546 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s1
Kopererts

Er zijn twee verschillende soorten winplaatsen:

  • Dagbouwmijnen waar het erts dicht aan het oppervlak ligt
  • Ondergrondse mijnen.
Bingham Canyon Mine, gelegen bij Salt Lake City, is de diepste dagbouwmijn ter wereld

De mijn heeft meer koper opgebracht dan eender welke mijn dan ook in de geschiedenis: ongeveer 14,5 miljoen ton. Er worden ook een hele reeks bijproducten gewonnen. Zo heeft men al 620 ton goud, 5000 ton zilver, 276 ton molybdeen en grote hoeveelheden platina en palladium gevonden. Door deze productiestatistieken wordt Bingham Canyon ook wel “het rijkste gat op aarde” genoemd. De waarde van de metalen die er jaarlijks worden opgegraven bedraagt 1,8 miljard dollar.

De ondergrondse kopermijn bij Stolzembourg in Luxemburg. Hier bevinden zich de resten van een vijfhonderd jaar oude kopermijn.

Het messing gele Chalcopyriet is het mineraal met een hoog kopergehalte en geldt dan ook als een van de belangrijkste koper-ertsmineralen.

Koper recycling

Koper is 100% recyclebaar. Het is het derde, meest gerecyclede metaal na ijzer en aluminium. 80% van het koper dat een paar eeuwen geleden is gewonnen is nog steeds in gebruik. Van de Sumeriërs en Egyptenaren is overigens bekend dat zij rond 3000 v.Chr. koper smolten en gebruikten om brons te maken.

30. Zink (Zn)

Zinc
Atoommassa 65,38 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2
Dit overgangsmetaal wordt veelal gebruikt in legeringen. De belangrijkste zinkhoudende ertsen zijn sfaleriet (zinkblende), smithsoniet (een carbonaat) en calamien (een silicaat)

31. Gallium (Ga)

Gallium
Atoommassa 69,723 u
3 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p1
Zink is een zilverwit hoofdgroepmetaal. Dit zijn metallieke geleiders. Vloeibaar gallium vormt geen druppels, maar vloeit uit waarbij zich een heldere spiegel vormt. In thermometers voor gebruik bij hoge temperaturen wordt gallium gebruikt. p

32. Germanium (Ge)

Germanium
Atoommassa 72,64 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p2
Germanium is een metalloïde. Een semi-metaal, dat qua eigenschappen tussen de metalen en niet-metalen in zit.
De voorspelling van het bestaan en de eigenschappen van germanium en ook van de elementen gallium en scandium door Mendelejev was een belangrijke overwinning voor de geloofwaardigheid van het periodiek systeem.

33.Arceen (As)

Arsenic
Atoommassa 74,922 u
5 Valentie-elektronen / / Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p3
Arseen is een zwaar metaal dat gevaarlijks is voor de gezondheid
Als je met een hamer hard er op slaat geeft het vonken en kom er een sterke knoflook geur vanaf.

Arseen kan heel gemakkelijk uit zijn ertsen worden gemaakt. Omdat arseen enigszins lijkt op kwik, hebben vroege wetenschappers waarschijnlijk de twee elementen met elkaar verward. De belangrijkste arseenbron is het mineraal arsenopyriet, waaruit bij verhitting arseen vervluchtigd.

Gerelateerde afbeelding
In Bangladesh en India is men voor drinkwater veelal afhankelijk van grondwater met een hoog arseengehalte. Daardoor komt er in beide landen veel chronische arseenvergiftiging voor, waar jaarlijks vele mensen aan sterven.

34. Seleen (Se)

Selenium
Atoommassa 78,97 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p4
Seleen is een bijproduct dat achterblijft bij de winning van lood, zilver of koper. Hierbij wordt d.m.v. elektrolyse het seleen geïsoleerd.

Seleen beschikt over de opmerkelijke eigenschap om licht om te zetten in elektriciteit. Seleen heeft fotovoltaïsche cellen, ook wel PV-cellen genoemd, toegepast op sommige typen zonnecellen. Als er zonlicht op de zonnecel valt, worden er elektronen los gestoten, die dan in de gewenste richting bewegen en wekken elektrische stroom op. Dit fotovoltaïsch effect werd voor het eerst bemerkt door de Franse natuurkundige Alexandre-Edond Becquerel, vader van Antoine-Henri-Becquerel/ die per toeval de werking van radioactiviteit ontdekte!

Nu al zijn zonnecellen net zo gewoon als dakpannen van ‘vroeger’.

In de meeste systemen wordt hiervoor tegenwoordig silicium gebruikt. Energie van de zon kan elektronen losmaken in het silicium. Hierdoor ontstaat spanning in een zonnecel. Door meerdere zonnecellen achter elkaar te schakelen in een zonnepaneel kan er stroom gaan lopen. Voor het opwekken van stroom hebben zonnepanelen niet per se direct zonlicht nodig. Ook op een bewolkte dag levert een zonnecel elektriciteit.

Gerelateerde afbeelding

35. Broom (Br)

Bromine
Atoommassa 79,904 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p5
Broom is een olie-achtig halogeen, heeft een dieprode kleur en stinkt behoorlijk. Het is giftig en gevaarlijk bij huidcontact. Broom was het eerste element dat uit zeewater werd gewonnen – vrijwel al het broom op aarde is daarin te vinden.

Broom komt vooral voor onder de vorm van zouten. Bijvoorbeeld keukenzout

Zouten bestaan uit metaalatomen (positieve ionen +) en niet-metaalatomen (negatieve ionen ). Metaalatomen kunnen veel gemakkelijker elektronen verliezen dan opnemen.Hiernaast zie je natriumchloride wat in de volksmond keukenzout genoemd wordt.

Broom wordt wel veelvuldig gebruikt in pesticiden, in verfstoffen, parfums, in de farmaceutische industrie en voor fotochemicaliën. Broomverbindin­gen zijn veelgebruikte vlam- of brandver­tra­gende (vlamwe­rende) middelen, vooral in kunst­stoffen. Je vindt kunststoffen  in behuizingen van allerlei producten (van PC’s tot stofzuigers), in het interieur van auto’s, in speelgoed – eigenlijk bijna overal. Ook synthetische vezels bestaan uit kunststof. Men maakt er kleding, gordijnen, meubelstoffen (ook autobekleding) en nog veel meer van. Broom is ook in diverse geneesmiddelen te vinden, bijvoorbeeld in bromazepam, een kalmeringsmiddel.

36. Krypton (Kr)

Krypton
Atoommassa 83,80 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Ar] 3d10 4s2 4p6
Krypton is een edelgas
De Griekse naam krytos betekent verborgen.

Het element bleef bij de ontdekking over bij de ontleding van vloeibare lucht na het verwijderen van water, zuurstof, stikstof, helium en argon. Een week later werd neon ontdekt op dezelfde manier. Krypton is duur (30 tot 65 dollar per liter) en in de meeste gevallen te vervangen door goedkopere edelgassen. Daarom wordt het slechts op zeer beperkte schaal industrieel toegepast.

Afbeeldingsresultaat voor hogesnelheidsfotografie met flits
Toegepast in fotografische flitsers bij hogesnelheidsfotografie
De edelgassen in gasontladingslampen. Helium..Neon..Argon..Krypton..Xenon

Door het gas loopt een elektrische stroom. De in de lamp aanwezige vrije (losgeraakte)elektronen en ionen geleiden de stroom: er vindt een gasontlading plaats. Vrije elektronen botsen met de atomen van het gas. Bij deze botsing worden de elektronen van het atoom aangeslagen en naar een hoger energieniveau gebracht. Bij terugval naar het oorspronkelijk energieniveau wordt elektromagnetische straling uitgezonden d.m.v. een foton. een lichtdeeltje. De glazen buis is aan de binnenzijde bedekt met een fluorescerende stof, waardoor de straling zichtbaar wordt.

37. Rubidium (Rb)

Rubidium
Atoommassa 85,468 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Kr] 5s1 = [Ar] 3d104s24p6 5s1
Dit zilverwit alkalimetaal moet vanwege de hoge reactiviteit met zuurstof onder olie of afgesloten van de lucht bewaard worden, om oxidatie te voorkomen.

Net als alle andere alkalimetalen is rubidium erg reactief. Het ontbrandt spontaan bij aanraking met lucht en explodeert met water.

Rubidium wordt toegepast in atoomklokken, en als component in fotocellen.

38. Strontium (Sr)

Strontium
Atoommassa 87,62 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 5s2
Een zilverwit alkalimetaal. Het element is naar de plaats Strontian genoemd in Schotland waar strontiumhoudende mineralen voor het eerst werden ontdekt.

StrontiumnitraatSr(NO3)2 is een goed oplosbaar zout van salpeterzuur. Salpeterzuur is het meest stabiele zuurstofzuur van stikstof. Strontiumnitraat wordt in de vuurwerktechniek gebruikt, omdat de vlammen een rode kleur te geven.

Het witte poeder Strontiumnitraat kleurt diep rood wanneer het sterk verhit wordt.

39. Yttrium (Y)

Yttrium
Atoommassa 88,906 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d1 5s2
Yttrium is een zacht, zilver-wit metaal dat voorkomt in verschillende mineralen op aarde.

De kleuren van de televisie zouden totaal anders zijn zonder de fosforverbindingen van yttrium, die aan de basis liggen van de rode kleur. Stenen die met de missie van de Apollo 11 van de Maan terug naar de aarde werden gebracht, bleken relatief hoge concentraties yttrium te bevatten.

40. Zirkonium (Zr)

Zirconium
Atoommassa 91,22 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d2 5s2
Goudkleurig overgangsmetaal.

De naam zirkonium is afgeleid van het mineraal zirkoon, waarin het aangetroffen werd. Zirkoon komt van het Perzische zargūn, dat goudkleurig betekent. De maanstenen die met de Apollomissies mee terugkwamen, bevatten veel hogere concentraties zirkoniumoxide (verbinding met zuurstof) dan aardse stenen.

41. Niobium (Nb)

Niobium
Atoommassa 92,91 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d4 5s1
Glanzend wit overgangsmetaal. Het krijgt een typerende blauwe glans als het langere tijd aan de lucht wordt blootgesteld bij kamertemperatuur en maakt het gewild voor sieraden.

42. Molybdeen (M0)

Molybdenum
Atoommassa 95,95 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s1
Zilver-wit overgangsmetaal. Het metaal bevindt zich niet vrij in de natuur maar is te vinden in het mineraal molybdeniet. Maanmonsters die terugkwamen naar de aarde bevatten zuiver molybdeenmetaal.

Met een smeltpunt van 2650ºC is molybdeen bestand tegen extreem hoge temperaturen. Het is ongeveer het hoogste smeltpunt dat bij zuivere elementen wordt aangetroffen. Bijkomend voordeel is dat het metaal bij hoge temperaturen vrijwel niet uitzet. Vindt daarom toepassingen in hoge temperatuur-laboratorium-vacuümovens. En ook in kwartslampen/terrasverwarmers en gasontladingslampen.

43. Technetium (Tc)

Technetium
Atoommassa 98,91 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d5 5s2
Zilvergrijs radioactief overgangsmetaal en heeft het uiterlijk van platina (behoort niet tot de platinagroep)

Technetium was het eerste element dat kunstmatig werd geproduceerd door molybdeen (element 42) te beschieten met deuteronen (zwaar waterstof) in een cyclotron (deeltjesversneller). Technetium is het lichtste element in het periodiek systeem dat radioactief is.

Technetium is gevonden in het spectrum van sterren van het S-, M- en N-type. De aanwezigheid van het element in stellair materiaal leidt tot nieuwe theorieën over de productie van zware elementen in sterren. Van nature komt technetium op aarde vrijwel niet voor. Het wordt verkregen als splijtingsproduct van zware kernen zoals uranium-238 of door het bombarderen van molybdeen met neutronen.

44. Ruthenium (Ru)

Ruthenium
Atoommassa 101,07 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d7 5s1
Overgangsmetaal

Het element ruthenium bleek het residu dat achterbleef toen in 1827 ruw platina werd opgelost in koningswater (geconcentreerd zoutzuur en salpeterzuur). Het wordt koningswater genoemd omdat goud, de koning der metalen, en ook andere edelmetalen erin oplossen.

Platina lost op in koningswater

45. Rodium (Rh)

Rhodium
Atoommassa 102,91 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d8 5s1
Zilverwit overgangsmetaal. De naam rodium komt van het Griekse rhodon, dat roos betekent.
Afbeeldingsresultaat voor rhodium element

Een voorbeeld hoe een element werd ontdekt. Rodium is in 1803 ontdekt door een Engelse chemicus tijdens het onderzoeken van ruw platina-erts afkomstig uit. Eerst loste hij het erts op in koningswater en neutraliseerde het zuur met natriumhydroxide. Door ammoniumchloride toe te voegen sloeg het platina neer en na het verwijderen van nog wat andere elementen bleven er rode rodiumchloride-kristallen over. Hieruit werd door reductie = elektronen opnemen van waterstofgas zuiver rodium geïsoleerd.

46. Palladium (Pd)

Palladium
Atoommassa 106,42 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10
Zilverwit overgangsmetaal. Palladium is vernoemd naar de in 1802 ontdekte planetoïde Pallas, vernoemd naar de Griekse godin Pallas Athene. In de aardkorst wordt dit element aangetroffen in legeringen met goud en platina en daarom gebruikt in sieraden.

47. Zilver (Ag)

Silver
Atoommassa 107,87 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s1
Zilver is een iets minder edelmetaal, dat wil zeggen dat het niet oxideert maar wél zwart kan worden: zilversulfide

In tegenstelling tot goud wordt zilver zelden in zuivere toestand in de natuur gevonden. Meestal wordt zilver in verbinding met niet-edele metalen als lood en koper gedolven. Dit mengsel wordt bewerkt om het zuivere zilver te scheiden van overige metalen. Puur zilver is van nature te zacht om verwerkt te worden tot een sieraad of gebruiksvoorwerp. Het zou te snel slijten of verbuigen waardoor het onbruikbaar wordt. Daarom wordt zilver samengesmolten met andere metalen, zoals met koper. Er ontstaat een legering, waarbij de hoeveelheid puur zilver in zo’n legering het zilvergehalte bepaalt. Er werd aanvankelijk gedacht werd gedacht dat het metaal kwik een soort zilver was: quicksilver. Wanneer zilver met zwavel of verbindingen daarvan in aanraking komt vormt zich een zwarte laag van zilversulfide.

Zilver heeft oorlogen ontketend, mensen van hof en haard gescheiden, armen rijk gemaakt, vrouwen gesierd, kunstenaars geïnspireerd en als betaalmiddel gediend.
Zilverbezit was vroeger veelal het ‘bloedige product’ van de overwinning in een oorlog, van plundering of onderdrukking, dan dat het verkregen was dankzij eerlijk en hard werken.
In de 14e eeuw zijn tonnen zilver de smeltoven ingegaan om buitenlandse oorlogen te financieren. Zonnekoning Lodewijk XIV liet zijn prachtig bewerkte zilveren meubels en andere gebruiksvoorwerpen smelten om de Spaanse Successie-oorlog te betalen. Ook gaf hij de adel het bevel al hun goud en zilver te laten smelten, met als gevolg dat vandaag de dag de zilveren voorwerpen uit die periode zeer zeldzaam zijn.

De Zilvervloot

De Spanjaarden organiseerden in de 16e en 17e eeuw ieder jaar een groot konvooi om goud, zilver en andere kostbaarheden te verschepen uit Zuid-Amerika naar Spanje. In 1626 maakte Piet Hein voor de West-Indische Compagnie een plan voor het onderscheppen van deze zilvervloot. Na twee gelukte kleinere zeeroven in 1627 in de Allerheiligenbaai maakte Piet Hein zich in 1628 onsterfelijk door de verovering van een zwaar bewaakt zilvertransport uit de Baai van Matanzas. De buit bedroeg zo’n twaalf miljoen gulden en de WIC keerde een recorddividend uit van 50%. Het zilver was dus een belangrijke bijdrage aan de Gouden Eeuw. Na dit succes werd Piet Hein aangesteld als hoofd van de Hollandse zeemacht, maar kort daarna sneuvelde hij voor de Belgische kust. Bron: Arts edelmetaal

48. Cadmium (Cd)

Cadmium
Atoommassa 112,41 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2
Een uiterst giftig overgangsmetaal, echter: Zwavelzuur-cadmium-oxyde vindt in de geneeskunde een toepassing.

Sinds januari 2005 is cadmium in batterijen verboden door de Europese Unie. 10% van het wereldwijd gebruikte cadmium afkomstig uit de recycling van batterijen.

49. Indium (In)

Indium
Atoommassa 114,818 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p1
Een zilvergrijs (hoofd)metaal.
Afbeeldingsresultaat voor indigo
De naam Indium is afkomstig van de kleur indigo in het atoomspectrum van indium.
ROGGBIV de keurvolgorde van de regenboog.
Gerelateerde afbeelding

50. Tin (Sn)

Tin
Atoommassa 118,71 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p2
Zilvergrijs (hoofd)metaal.

Tin, een van de vroegst ontdekte metalen, werd gebruikt voor het vervaardigen van brons, een koper-tin legering. In de bronstijd was namelijk de heersende technologie op brons gebaseerd. Het symbool Sn komt van het Neolatijn stannum dat van het postklassieke Latijn stagnum ‘legering van zilver en lood’ komt.

51. Antimoon (Sb)

Antimony
Atoommassa 121,76 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p3
Een metalloïde, dat meestal de eigenschappen heeft van zowel een metaal als een niet-metaal. Antimoon is een halfgeleidend metaal.

Een mogelijke oorsprong van de naam is de combinatie van de Griekse woorden anti en monos: niet alleen. Antimoon wordt doorgaans samen met andere metalen gevonden. Het symbool Sb vindt zijn oorsprong in het Griekse stibi voor blijvend. Deze naam was al in de Oudheid bekend en heeft waarschijnlijk te maken met het ‘blijvende karakter’ van het als mascara gebruikte antimoonsulfide (antimoon/zwavel). Antimoontrioxide (Sb2O3) is een brandvertrager voor kunststoffen en textiel. Antimoon tot slot is een belangrijk legeringselement voor het verbeteren van de eigenschappen van lood.

52. Telluur (Te)

Tellurium
Atoommassa 127,60 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p4
Het zeldzame, zilverwitte metalloïde telluur lijkt chemisch gezien erg op selenium, dat één positie hoger in dezelfde groep staat (34). Telluur is meer metallisch en iets minder giftig, maar verbindingen met telluur stinken heel erg!

Telluur wordt in combinatie met het giftige cadmium gebruikt in sommige zonnepanelen!!

53. Jodium (I)

Iodine
Atoommassa 126,9045 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p5
Jodium 0f iodine is een halogeen d.w.z. een zoutvormer. Jodium is vast bij kamertemperatuur, maar smelt al bij geringe verhitting en vormt dan vrijwel direct een dichte, violette damp.

Jodium is in de vorm van opgeloste chemische bindingen te vinden in zee­water en in het water dat afkomstig is van zoutmijnen. Het is als natrium- en magnesiumverbinding een belangrijk bestanddeel van zeewier (zie ontdekking jodium hieronder). Zoals andere halogenen kan jodium met veel andere elementen verbindingen vormen, omdat het jodiumatoom één elektron in z’n buitenste schil mist. Omdat halogenen slechts één elektron hoeven op te nemen om de edelgasconfiguratie te bereiken, hebben ze oxidatiegetal -1, d.w.z. slechts 1 elektron (negatief geladen) meer. Halogenen zijn dan ook de sterkste oxidatoren (elektronenacceptoren). Wanneer het oxidatiegetal -3 zou zijn, dan zouden er 3 (negatief) geladen elektronen meer zijn dus -3. Vanzelfsprekend zijn er ook positief geladen ionen.

Video ionen-1-wat-is-een-ion-hoe-bereken-je-het-aantal-elektronen-in-een-ion-hoe-gebruik-je-t40a

Het element werd in 1811 ontdekt door de Franse wetenschapper Bernard Courtois. De naam jodium/iodine is afgeleid van het Griekse woord ioeidès, dat violet uiterlijk bete­kent, vanwege de ­violette kleur van jodium­damp en -kris­tallen:

Ontdekking in 1811

Salpeter (’n metaalzout) werd gewonnen uit zeewier dat werd gedroogd, verbrand en de as werd vervolgens gewassen met water. Om de salpeter verder te zuiveren werd zoutzuur toegevoegd. Op een dag schoot Courtois uit met het zuur waarbij een wolk van paarse damp opsteeg. Het viel Courtois op dat de damp neersloeg op koude oppervlakken en daarbij donkere kristallen vormde. Hij vermoedde een onbekend element te hebben ontdekt, maar beschikte niet over voldoende middelen om verder onderzoek te verrichten.…..

Video jodium-een-bijzondere-stof

Slechts enkele jodium-kristalletjes volstaan. Deze worden met behulp van een lepel of spatel (dus NIET met de blote hand) in een vuurvaste erlenmeyer gedaan. Deze wordt afgesloten met een horlogeglas waarop wat smeltend ijs ligt. Daarna wordt de erlenmeyer met behulp van een gasbrander voorzichtig verwarmd. Algauw ontstaat er een paarse damp, dit is jodiumdamp. Deze damp is niet zo gezond, goed afzuigen dus. Jodiumdamp ontstaat doordat jodium al bij matige verwarming van de vaste fase meteen overgaat naar de gasvormige fase. Deze faseovergang heet sublimeren of vervluchtigen. De temperatuur van de onderkant van het horlogeglas (dat de erlenmeyer afsluit) is echter heel laag, de temperatuur van smeltend ijs bedraagt namelijk nul graden Celsius. Als de jodiumdamp tegen de koude onderkant van het horlogeglas komt, wordt het meteen weer vast. Deze overgang van de gasvormige naar de vaste fase heet rijpen. Dit verschijnsel kennen we wel van koude winters. Denk maar eens aan de waterdamp in de lucht die bij vorst meteen overgaat in ijs als die in aanraking met een koud oppervlak komt (rijping). Behalve rijp bestaat er trouwens ook nog ruige rijp. Dit laatste is eigenlijk “echte” rijp: het is bevroren mist.

Faseovergangen

Toepassingen: Jodiumtinctuur heeft een desinfecterende werking. In een mengsel van water en ethanol wordt jodium opgelost en gebruikt voor het ontsmetten van wonden. In kaliumjodide (’n zout) vindt jodium toepassing in de fotografie bij het ontwikkelen van foto’s.

54. Xenon (Xe)

Xenon
Atoommassa 131,30 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Kr] 4d10 5s2 5p6
Het edelgas xenon is in 1898 ontdekt toen het, net als argon als residu achterbleef tijdens het verdampen van vloeibare lucht.

Het verdampen van lucht wordt destillatie genoemd. Dit wordt uitgevoerd bij extreem lage temperaturen (−180°C ) en wordt daarom ook wel een cryogene destillatie genoemd. Xenongas wordt gebruikt in diverse xenonlampen, zoals bacteriële lampen bacteriën-verlichten-lamp, radiolampen, stroboscopen, waarmee de beweging van een object schijnbaar kan worden stilgezet, elektronenflitsers en lasers.

Medisch gebruik en doping

Xenon wordt medisch toegepast als verdovingsmiddel om patiënten in staat te stellen om chirurgische en andere pijnlijke procedures te ondergaan zonder dat het =gevoeld wordt. Ook stimuleert dit edelgas de productie van Epo waardoor er meer rode bloedcellen worden gevormd. Dit is dus een vorm van doping, om het vermogen van zuurstof- en koolzuurgastoevoer van het bloed te verhogen.

55. Cesium (Cs)

Cesium
Atoommassa 132,9054 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Xe] 6s1
Een zilver/goudkleurig alkalimetaal.

Cesium is naast koper en goud ’n metaal met een ‘gouden’ uiterlijk, de rest van de metalen is grijs of zilverwit. Het alkalimetaal cesium is zacht, makkelijk vervormbaar en smelt al bij 29 graden Celsius. Cesium reageert explosief met water.

Atoomklok

De seconde is gedefinieerd aan de hand van de energieniveau’s van een cesium-atoom, specifiek in cesium-133, de enige stabiele isotoop van dit element. Uiterst precieze atoomklokken op basis van cesium kennen een afwijking van minder dan één seconde in vele miljoenen jaren.

Het 133Cs atoom definieert sinds 1967 de standaard van tijd, de seconde. De referentie is een specifieke ‘hyperfijne’ energetische overgang in de grondtoestand van het 133cesium atoom (in rust, bij 0 K). De daarmee corresponderende straling heeft volgens de definitie uit 1967 een frequentie van 9.192.631.770 Hz. Anders gezegd: één seconde is precies de duur van 9.192.631.770 perioden van die straling.

Maar het kan echter nóg preciezer!

Afbeeldingsresultaat voor cesium atoomklok
Wetenschappers hebben een nieuw soort atoomklok gemaakt die preciezer is dan ooit en pas na 15 miljard jaar slechts 1 seconde zal afwijken.

Cesium vindt ook een toepassing in foto-elektrische cellen: het foto-elektrisch-effect. Ook infraroodlampen zijn voorzien van cesiumof cesiumchloride als gasvanger (getter). Het bindt onzuiverheden zoals sporen van zuurstof en stikstof

56. Barium (Ba)

Barium
Atoommassa 137,327 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 6s2
Zilverwit alkalimetaal.

Chemisch gezien is barium vrijwel identiek aan calcium. Het oxideert erg makkelijk bij blootstelling aan de lucht en reageert heftig met water. Barium moet worden bewaard in zuurstofvrije vloeistoffen.

Rond het jaar 1500 werden bariumzout bevattende stenen magische krachten toegekend, omdat ze een lichte gloed afgaven na te zijn verhit in houtskool. Zelfs na enkele jaren bleven de stenen in het donker nog nagloeien. Tegenwoordig staat dit verschijnsel bekend als fosforescentie:

Het nagloeien in stoffen is het een gevolg van langzaam terugvallen van door bestraling met ’n lichtbron aangeslagen-elektron. Het feit dat dit langzaam gebeurt komt doordat het terugvallen van de elektronen naar de grondtoestand in de kwantummechanica een ‘verboden overgang’ kent. Dit heeft te maken met de ‘uitsluitingsprincipe van Pauli’: twee elektronen met ’n zelfde ‘spin’ mogen zich niet in één baan bevinden…..

Na drie uur zonlicht gekregen te hebben lichten de stenen ongeveer één tot twee uur op in het donker. De in de middeleeuwen al bekende ‘Bologna-stenen’ – lichtgevende kiezels – bevatten bariummineralen.

57. Lanthaan (La)

Lanthanum
Atoommassa 138,9055 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Het gemakkelijk vervormbare lanthaan is een van de meest reactieve zeldzame aardmetalen. Het oxideert gemakkelijk in lucht.

De reeks elementen vanaf lanthaan tot en met lutetium (element 71) wordt de lanthaniden genoemd. Een aantal lanthaniden. waaronder lanthaan, behoren tot de zogenoemde ‘zeldzame aardmetalen’.

Zeldzame Aardmetalen, ook wel genoemd Zeldzame Aarden, worden in het Engels Rare Earth Elements (REE) genoemd, en hebben veelal (hightech) toepassingen. De Zeldzame Aardelementen komen dus zelden vrij als metaal voor in de aardse natuur. Als men het over de Zeldzame Aardelementen heeft, praat men dan ook meestal over de oxidevorm (Rare Earth Oxide).

De naam ‘Zeldzame Aarden’ is eigenlijk niet correct. et zijn geen Aardmetalen, maar behoren tot de overgangsmetalen. Het woord “Aarde” komt van het Franse terre, dat ook oxide kon betekenen: ze oxideren snel met zuurstof. Men nam aan dat deze elementen relatief zeldzaam waren, omdat er vrij weinig ertsen van zijn. Ze zijn echter helemaal niet zeldzaam!

58. Cerium (Ce)

Cerium
Atoommassa 140,115 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 5d1 6s2
Cerium is een grijs glanzend metaal dat zich makkelijk laat vervormen.

De hoeveelheidsverhouding van het meest voorkomende zeldzame aardelement, cerium (Ce), is 68 ppm (parts per million). Daarmee is het ’t 25e element in de aardkorst! Dat betekent dat het vaker voorkomt dan lood!!

Cerium is vernoemd naar de dwergplaneet Ceres, die in het 1801 ontdekt werd. Het element behoort tot de zeldzame aardmetalen, maar komt op aarde bijna net zoveel voor als koper. Het oxideert gemakkelijk, vooral in vochtige lucht. Cerium is één van de meer reactieve zeldzame aarden: bij bewerking met een mes of een zaag kan het zomaar ontbranden. Je vindt cerium in aanstekers.

59. Praseodymium (Pr)

Praseodymium
Atoommassa 140,9077 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f3 6s2
Praseodymium is een zacht, zilvergrijs metaal uit de reeks van zeldzame aarden.

Het element krijgt bij blootstelling aan de lucht vrij snel een groenkleurige oxidelaag (het Griekse woord prasios betekent groen). Het moet daarom in olie of luchtdicht worden bewaard. Het glas van lasbrillen bevat praseodymium, net zoals sommige permanente magneten.

60. Neodymium (Nd)

Neodymium
Atoommassa 144,24 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f4 6s2
Glas kan gekleurd worden van zuiver violet tot rood en grijs door er neodymium aan toe te voegen.

61. Promethium (Pm)

Promethium
Atoommassa 146,92 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f5 6s2
Promethium is een niet stabiel, radioactief element uit de reeks van de zeldzame aarden.

Het element promethium is vernoemd naar Prometheus, een titaan uit de Griekse mythologie. Hij stal het vuur uit de hemel om het de mensen tot nut te laten zijn. Het komt op aarde alleen ‘natuurlijk’ voor als vervalproduct van uraniumisotopen. Vanwege de radioactiviteit van promethium vertonen zouten van het metaal luminescentie: ze ‘gloeien’ in het donker met een vaalblauwe of -groene kleur.

62. Samarium (Sm)

Samarium
Atoommassa 150,36 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f6 6s2
Samarium is een zilverachtig glanzend metaal uit de reeks van de zeldzame aarden. Het is redelijk stabiel in lucht maar bij hogere temperaturen (boven 150°C) vliegt het vanzelf in brand. Je vind samarium vooral in elektronicaproducten, magneten, keramiek en glas.

63. Europium (Eu)

Europium
Atoommassa 151,965 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f7 6s2
De lanthanide Europium is ongeveer zo hard als lood en tamelijk goed vervormbaar. Het is een zeer reactief element en oxideert gemakkelijk in lucht. Het vliegt spontaan in brand bij verhitting tot zo’n 150 tot 180°C.

64. Gadolinium (Gd)

Gadolinium
Atoommassa 157,25 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f7 5d1 6s2
Het is een magnetisch metaal bij kamertemperatuur (twintig graden Celsius) maar verliest zijn magnetisme als je het in je hand opwarmt.

MRI contrastmiddel

Oplosbare verbindingen met gadolinium dienen als contrastvloeistof bij Magnetic Resonance Imaging (MRI). Vanwege de ongepaarde elektronen van het gadolinium zijn ze goed zichtbaar op de scan. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk delen van de bloedsomloop zeer scherp af te beelden en vernauwingen, blokkades of lekkages te detecteren. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden.

65. Terbium (Tb)

Terbium
Atoommassa 158,9253 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f9 6s2
Het zilvergrijze terbium is een gemakkelijk vervormbaar en zacht metaal dat zich met een mes laat snijden

Een aantal terbium-gebaseerde materialen vertoont bijzondere eigenschappen zoals drukafhankelijke fluorescentie, sterke vormverandering onder invloed van een magnetisch veld of triboluminescentie: kristallen geven licht als ze breken.

Fluorescentielamp
Verbindingen met terbium worden gebruikt als groen fluorescerende stof.

66. Dysprosium (Dy)

Dysprosium
Atoommassa 162,50 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f10 6s2
De naam dysprosium is afgeleid van het Griekse woord dys­prositos voor ‘moeilijk te verkrijgen’. Dat herinnert aan de moeite die het kostte om het element te identificeren en isoleren. 

67. Holmium (Ho)

Holmium
Atoommassa 164,9303 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f11 6s2
Het relatief zachte en goed vervormbare holmium is onder normale omstandigheden stabiel in droge lucht. In vochtige lucht bij hoge temperaturen oxideert het snel tot het gele oxide.

Holmium heeft een groot magnetische moment d.w.z. dat het een duidelijke magnetische sterkte en richting geeft. De hoge magnetische sterkte wordt benut om sterke magneetvelden te genereren. Het element is zelf niet permanent magnetisch, maar dient als concentrator van magnetsche flux (in poolschoenen) in combinatie met andere magneten.

68. Erbium (Er)

Erbium
Atoommassa 167,26 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f12 6s2
Erbium is een vrij zacht en buigzaam glanzend metaal. Dankzij erbium is efficiënt informatietransport via glasvezels mogelijk – de frequentie van het door erbium uitgezonden licht wordt nauwelijks door zo’n vezel geabsorbeerd. Het communicatiesignaal wordt vervolgens versterkt door de interactie met de erbiumionen.

69. Thulium (Tm)

Thulium
Atoommassa 168,9342 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f13 6s2
Thulium is een gemakkelijk verwerkbaar, zilvergrijs zacht metaal. Het is, mits vochtvrij bewaard, behoorlijk stabiel in lucht.

Dit element is op promethium na het minst voorkomende element uit de reeks van de lanthaniden. Het doet zijn naam als zeldzame aarde dus eer aan.

70. Ytterbium (Yb)

Ytterbium
Atoommassa 173,04 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 6s2
Het lanthanide ytterbium is vernoemd naar het Zweedse plaatsje Ytterby, net zoals yttrium, erbium en terbium. Ytterby is de vindplaats van de ertsen waarin veel lanthaniden ontdekt zijn. Ytterbium is niet bijzonder zeldzaam maar toch tamelijk lastig te winnen omdat het minder dan andere lanthaniden de neiging heeft zich op te hopen.

71. Lutetium (Lu)

Lutetium
Atoommassa 174,967 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d1 6s2
Lutetium het laatste element in de rij van de lanthaniden en de zeldzame aarden.

Het is het minst voorkomende en misschien wel duurste element uit die reeks. Toch komt lutetium in grotere hoeveelheden in de aardkorst voor dan goud. Het is lastig om uit lutetiumhoudende mineralen het pure, zuivere metaal te verkrijgen. De naam lutetium is afgeleid van Lutetia, de Latijnse benaming voor Parijs: de woonplaats van de ontdekker. De naam was aanvankelijk lutecium.

72. Hafnium (Hf)

Hafnium
Atoommassa 178,49 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d2 6s2
Net als zirkonium is hafnium een sterk, zilverachtig (overgangs)metaal. De twee elementen komen altijd samen voor en geen twee elementen zijn lastiger van elkaar te scheiden.
Zirkonium

De naam hafnium verwijst naar Kopenhagen, de stad waar hafnium ontdekt werd (in het laboratorium van de fameuze scheikundige Niels Bohr). De oude Latijnse naam voor Kopenha­gen is Hafnia. Dankzij hafniumoxide zijn computerchips de laatste jaren complexer en sneller geworden. Het materiaal is zo’n goede isolator dat steeds kleinere details mogelijk zijn.

73. Tantalium (Ta)

Tantalum
Atoommassa 180,9479 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d3 6s2
Een (overgangs)metaal

De naam tantalium is afgeleid van koning Tantalus uit de Griekse mythologie – net zoals het begrip tantaluskwelling. Tantalus, zoon van Zeus, had de toorn van de goden gewekt en moest als straf tot zijn kin in het water staan. Toch kon hij zijn dorst niet lessen, want zodra hij wilde drinken zakte het water buiten zijn bereik. Met de naam voor dit element refereert de ontdekker aan het feit dat het isoleren van tantaal(oxide) zo moeizaam ging dat het een ware Tantaluskwelling was.

74. Wolfraam

Tungsten
Atoommassa 183,84 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d4 6s2
Grijs (overgangs)metaal. In het Engelse taalgebied heet dit element tungsten.

Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt van alle elementen: 3422 oC en wordt daarom veel toegepast onder zware thermische belasting, bijvoorbeeld in laselektrodes en gloeidraden. Een wolfraamdraad van 100 µm doorsnede, opgerold in een dubbele spiraal, in een lamp gevuld met argon of krypton geeft een intens wit licht bij 2.800 – 3.000 ºC.

Wolfraam heeft vrijwel dezelfde dichtheid als goud (goud 19320 kg/m³, wolfraam 19300 kg/m³) maar goud is ongeveer duizend keer zo duur. Daarom is wolfraam, zij het sporadisch, gebruikt om goudstaven te vervalsen door de binnenkant met wolfraam te vullen.

75. Renium (Re)

Rhenium
Atoommassa 186,21 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d5 6s2
Dit (overgangs)metaal werd in 1925 gedecteerd in Duitsland vermoedelijk aan de Rijn.

Renium wordt veel gebruikt in legeringen die bestand moeten zijn tegen zeer hoge temperaturen. Rheniform is een katalysa­tor (reactie-versneller) met platina en renium (ca. 0,3 %) voor de productie van loodvrije benzine. Dmitri Mendelejev had het bestaan van dit element al voorspeld bij het opstellen van zijn periodiek systeem. In de versie van 1871 plaatste hij het toen nog hypothetische dvi-mangaan in het gat tussen wolfraam (element 74) en osmium (element 76).

76. Osmium (Os)

Osmium
Atoommassa 190,23 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d6 6s2

Je vindt osmium als legeringselement in zeer harde materialen voor bijvoorbeeld vulpenpunten, elektrische contacten en kompasnaalden. Het werd ook gebruikt voor de naald van oude fonografen (de voorloper van de platenspeler).

77. Iridium (Ir)

Iridium
Atoommassa 192,22 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d7 6s2
Het (overgangs)metaal Iridium is één van de zeldzaamste metalen. Het komt uiterst weinig voor in de aardkorst, maar is wel aanwezig in meteorieten.

Iridium komt voor in meteotieten, dus de ontdekking van een dun laagje iridium in gesteenten bij Yucatán (Mexico), werd direct geassocieerd met de inslag van de grote meteoriet die de dinosauriërs deed uitsterven. Indium is verder een bijproduct van de zink-, ijzer-, lood-, en koperwinning. Het element ‘verraadt zich’ door de kleur indigo. Metallisch iridium is hard en zilverachtig en vindt een toepassing in injectienaalden en op de punt van dure vulpennen.

Iridium en andere zeldzame elementen zijn nodig voor consumentenelektronica, zoals touchscreen- en lcd-beeldschermen, zonnepanelen, windmolens, IPad en ook in mobieltjes. De grondstoffen schaarste wordt niet alleen veroorzaakt door beperkte bodemvoorraad maar ook door export beperking van de producerende landen. De indiumproductie is voor de helft in handen van China.

Strategische mineralen gaan schaars worden. Voorraden van zeldzame mineralen bevinden zich in een paar landen, die dus een monopoliepositie hebben. De schaarste vormt een bedreiging voor onze hightech-industrie die zich bezig houdt met groene technologieën, zoals windturbines en zonnepanelen.

78. Platina ( Pt)

Platinum
Atoommassa 195,08 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d9 6s1
Dit (overgangs)metaal is een edelmetaal, omdat het nauwelijks kan worden aangetast door oxidatie.

Uit opgravingen is gebleken dat platina al in het Egypte van de zevende eeuw voor Christus werd gebruikt als materiaal voor sieraden. Ook in tweeduizend jaar oude graven aan de westkust van Zuid Amerika is platina aangetroffen. De geschiedenis van het metaal in Europa en Azië gaat minder ver terug. In de 18e eeuw is in Europa dit metaal ontdekt en vernoemd naar het Spaanse verkleinwoord woord platina, wat ‘klein zilver’ betekend, dit omdat het vaak met zilver werd verward.

Je vindt platina ook in de autokatalysatoren voor de reiniging van uitlaatgassen. Per auto is ongeveer twee gram platina nodig.

79. Goud (Au)

Gold
Atoommassa 196,9665 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s1

Het symbool van goud Au is de afkorting van het Latijnse aurum voor geel (vergelijk ook het oud Romaanse aurora voor licht of glans).

Goud is extreem rekbaar: één gram van dit edelmetaal is uit te walsen tot een oppervlakte van twee tennisvelden (vijfhonderd vierkante meter) of uit te rekken tot een draadje van maar liefst drie kilometer lengte. Het werd al vóór 4.000 v. Chr. gebruikt als sieraad en ruilmiddel. De geweldige aantrekkingskracht van goud wordt beschreven in verschillende mythes bijvoorbeeld die rond Koning Midas, die alles wat hij aanraakte in goud veranderde.

Afbeeldingsresultaat voor koning midas goud

In de oudheid was goud niet alleen bekend als waardevol, maar ging er ook magie van uit en stond het symbool voor zuiverheid. Alchemisten zijn lange tijd op zoek geweest naar de steen der wijzen, om andere materialen te transformeren in goud. Dat zij daar nooit in zijn geslaagd, is vanuit de huidige inzichten over de opbouw van atomen goed te verklaren.

Gerelateerde afbeelding
De steen deze wijzen.
De Grasbergmijn is de omvangrijkste goudmijn en op twee na grootste kopermijn ter wereld. De mijn ligt in de Indonesische provincie Papoea.
De Grasbergmijn gezien vanuit de ruimte

80.Kwik (Hg)

Mercury
Atoommassa 200,59 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2
Dit zilverachtig (overgangs)metaal is het enige metallische element dat vloeibaar is bij kamertemperatuur.

De naam is afgeleid van het ‘levendige’ gedrag van het metaal. Het symbool Hg is afkomstig van de Latijnse naam hydrargyrum voor vloeibaar (waterachtig) zilver. In het Nederlands is de naam kwik het ‘restant’ van kwikzilver. Het Engels kent de term quick silver als alternatief voor de officiële naam mercury. Dat is afgeleid van Mercuri­us, de boodschapper van de goden en god van de handel in de Romeinse mythologie. De oude alchemisten koppelden de destijds bekende elementen aan hemellichamen. Voor kwik was dat de planeet Mercurius.

Toepassingen

Lagedruklampen produceren veel ultraviolet licht (280 nm). Hogedruklam­pen produceren ’n grotere hoeveelheid zichtbaar licht, dus met een langere golflengte (tussen 380 nm en 780 nm). Lagedruk­kwiklampen worden toege­past in de fotochemie, de spectroscopie en in hoogtezon­nen (zonne­banken). Hogedruk­kwiklampen worden gebruikt in schijnwer­pers voor terrein- en wegver­lichting.


Vanwege de gezondheidsrisico’s en de daarmee samenhangende regelgeving worden kwik (met name in open systemen) en kwikverbindingen steeds minder toegepast. De Romeinen wisten overigens al dat kwik een gevaarlijke stof was omdat de mensen die in kwikmijnen gingen werken na een half jaar stierven. Om die redenen moesten de slaven in de kwikmijnen werken.

Voor spaarlampen worden kleine gasontladingsbuizen gebruikt met kwikdamp. Deze buizen geven een hoge lichtopbrengst bij een laag vermogen.

Kwik werd vroeger veel gebruikt voor de meting van druk, met als bekendste de luchtdruk (barometer) en de bloeddruk. Ook dit is tegenwoordig verboden, maar de eenheid van bloeddruk is nog steeds ‘millimeter kwik’ (mm Hg). Een bloeddruk van 120 mm Hg kan dus in een buisje 12 cm aan kwik omhoog drukken.

In oude thermometers kan men kwik aantreffen. Het metaal is daarvoor zeer geschikt vanwege een constante uitzet­tingscoëfficiënt en grote dichtheid. Tegenwoordig is dat verboden.

Kwik werd door de alchemisten be­schouwd als de sleutel in de omzetting van ‘normale’ metalen in goud. De oudste kwikmijn bevind zich in Spanje.

Gerelateerde afbeelding
Informatie kwikmijn Almadén in Spanje.

81 Thallium (Tl)

Thallium
Atoommassa 204,3833 u
3 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p1
Dit (hoofdgroep)metaal is een zeer zacht, loodachtig metaal dat makkelijk met een mes te snijden is.

Het metaal is bijzonder giftig en wordt als het meest giftige ‘gewone’ element beschouwd. Radio-actieve elementen als polonium en plutonium zijn zelfs bij ’n lagere doses al dodelijk. Thalliumsulfaat is jarenlang toegepast als rattengif.

De naam thallium is afgeleid van het Griekse thallos voor ontluikende knop. Dit vanwege de karak­teristieke groene kleur van één van de spectraallijnen van het element. Thallium werd in 1861 ontdekt met behulp van spectrosco­pi­sche analyse van slib dat achterbleef bij de bereiding van zwavelzuur.

Toepassing in thermometers voor het meten van zeer lage temperatu­ren (tot -60 ºC) en bepaalde thermostaten bevatten een mengsel van kwik en thallium. Deze apparatuur wordt gebruikt in poolstreken en in de stratosfeer. Voor medisch onderzoek wordt de isotoop thallium-201 gebruikt.

82. Lood (Pb)

Lead
Atoommassa 207.2 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe} 4f 14 5d 10 6s2 6p2
Dit dog grijze (hoofdgroep)metaal is het zwaarste element en is tevens zacht, buigzaam en kneedbaar.

De naam lood is waarschijnlijk afgeleid van het Keltische loud of van het Sanskriet loka. dat rood­ach­tig betekent. Dit vanwege de roodachtige kleur van het oxide (menie). Het symbool Pb is afkomstig van de Latijnse naam voor lood, plumbum. Het wordt toegepast in dakbedekkingen en als stralingsbeschermer. Loodtoepassingen zijn inmiddels achterhaald vanwege de milieu- en gezondheidsaspecten. Lood is giftig en hoopt zich op in het lichaam. Zelfs kleine hoeveelheden lood(verbindingen) kunnen de ontwikkeling en het functioneren van de hersenen beïnvloeden!!

De Romeinen produceerden naar schatting tot wel 80.000 ton lood per jaar. Ze pasten het toe in standaardgewichten en munten en in allerlei gebruiksvoorwerpen zoals borden, drinkbekers en kookpotten. De Romeinen waren hun tijd ver vooruit met een drinkwatervoorziening waarbij ze loden pijpen gebruikten. (Van het gebruik bij waterleidingen – en de wijze van verwerking – is het woord loodgieter afkomstig). De Romeinen pasten loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

Dit was allemaal niet ongevaarlijk: bepaalde beschrijvingen van ziektebeelden in die tijd doen denken aan de symptomen van loodvergiftiging. Sommige historici schrijven de teloorgang van het Romeinse rijk (voor een deel) toe aan het veelvuldig toepassen van lood.

Romeinse loden waterleidingbuis. De Romeinen pasten ook loodoxide veelvuldig toe als pigment en gebruikten waarschijnlijk loodverbindingen als zoetstof en conserveringsmiddel.

83. Bismut (Bi)

Bismuth
Atoommassa 208,9804 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal 4f 14 5d 10 6s2 6p3
Het zware, zilverachtige bismut is een tamelijk bros (hoofdgroep)metaal, dat in vroeger tijden vaak werd verward met lood vanwege de zwaarte van het metaal..

Legeringen van bismut met lood, zink of tin hebben een relatief laag smeltpunt (zo tussen 40 °C en 140 °C). Ze dienen als smeltdraad in elektrische smeltveiligheden (zekeringen, ook bekend als ‘stoppen’). Deze draad smelt als de stroomsterkte te hoog wordt, waardoor de stroomkring automatisch wordt onderbroken. Ook in sprinklerinstallaties is een smeltdraad (of smeltplaatje) aanwezig. Bij te hoge temperatuur smelt de draad en treedt automatisch de sproeikop in werking.

Hoewel bismut tot de zware metalen behoort, is het niet giftig en is dus onschadelijk voor organismen. Basisch bismutnitraat, Bi(OH)2NO3, heeft zelfs een sterke desin­fec­terende werking en wordt onder andere gebruikt in windsels bij de verzor­ging van brandwonden.

84. Polonium (Po)

Polonium
Atoommassa 208.9824 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p4
Dit semi-metaal (metalloïde) is uiterst radioactief.

Polonium werd ontdekt in 1898 door Marie Curie na het verwerken van onvoorstelbare hoeveelheden uraniumerts-restanten. De straling van dit erts (pekblende) was namelijk veel groter dan op grond van het aanwezige uranium was te verklaren. Marie Curie ging op zoek naar de stof die deze straling moest veroorzaken. Uit 2 ton pekblende wist ze 2 milligram materiaal te isole­ren, dat voor ongeveer 5% uit het onstabiele isotoop 210Po bestond. Het dodelijke element werd in 2006 gebruikt voor de moord op de Russische dissident Litvinenko.

In tabak zijn minuscule hoeveelheden polonium te vinden. Sommige wetenschappers veronderstellen dat de aanwezigheid van het element rol speelt bij het ontstaan van longkanker.

Instabiele poloniumkernen vallen zeer snel uiteen zodat extreem veel reactie­warm­te vrijkomt in de vorm van straling. Polonium zendt vijfduizend keer zoveel straling uit als een even grote hoeveelheid van het eveneens zeer radioactieve radium. Deze stralingswarmte is vervolgens om te zetten in elektrische energie. Zo ontstaat een lichtgewicht energie­bron die gebruikt wordt in nucleaire batterijen voor ruimte­schepen en satellieten.

85. Astaat (At)

Astatine
Atoommassa 209,9871 u
7 Valentie-elektronen // Orbitaal [ Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p5
Het uiterst radioactieve astaat zou een metalloïde kunnen zijn. Het is bijzonder zeldzaam vanwege de zeer korte halfwaardetijd van alle isotopen.

De naam astaat komt van het Griekse woord astatos dat betekent insta­biel. Alle bekende astaat-isotopen zijn namelijk instabiel en vervallen vrij direct. Hoeveelheden die groot genoeg zijn om met het blote oog waar te nemen verdampen meteen door de intense radioactiviteit. Schattingen van de aanwezigheid in de gehele aardkorst lopen uiteen van een tiende gram tot hooguit enkele tientallen grammen.

De plek in het periodiek systeem onder jodium bleef lange tijd leeg vanwege de instabiliteit van het element, waarvan het bestaan al door Mendelejev was voorspeld. Uiteindelijk is het in 1940 gelukt om het element te ‘synthetiseren’ in het cyclotron (een circulaire deeltjesversneller) door een bombardement van bismuth-209 met alfa-deeltjes (helium4-kernen).

Bij het radioactief verval van zware elementen worden alfadeeltjes in de vorm van straling uitgestoten.

Alfadeeltjes zijn gevaarlijk als ze inwerken op weefsel, omdat ze daarin chemische reacties teweegbrengen. Deze stralingsdeeltjes zijn echter gemakkelijk tegen te houden met een blad papier is genoeg. Alfastraling is daarom eigenlijk alleen gevaarlijk als ze in het lichaam worden opgenomen, bijvoorbeeld wanneer men alfadeeltjes via het voedsel of via injectie naar binnen krijgt. Eenmaal in het lichaam kunnen zij in hun directe omgeving grote schade aanrichten omdat alle energie die vrijkomt bij hun verval zich in een klein gebied om de vervallende kern concentreert.

Een andere besmettingsweg is de blootstelling aan gasvormige alfastralers. Als radium (2 elementen verder in het systeem) door alfaverval twee protonen verliest, wordt het edelgas radon gevormd. Radon is een alfastraler. Doordat radon ingeademd kan worden, is het veel gevaarlijker. De zeer krachtige alfastraling raakt de binnenkant van de longen en kan daar veel schade aanrichten. Bovendien zijn de eveneens radioactieve vervalproducten niet meer vluchtig en zij zetten zich daarom af in de longen.

86. Radon (Rn)

Radon
Atoommassa 222.0176 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Xe] 4f 14 5d 10 6s2 6p6
Afbeeldingsresultaat voor volcanic lightning with radon
Radon, een radioactief edelgas, maakt o.a.
deel uit van de pluimen tijdens vulkanische bliksems.

Voorafgaand aan aardbevingen is vaak een sterke stijging in de radon-con­centratie waar te nemen. Dit gebeurt tijdens de opbouwfase waarin de spanning in gesteenten sterk toeneemt. Radon is dan een aardschokvoorspeller.

Sommige grond- en steensoorten bevatten sporen van uranium die tot radium vervallen, dat op zijn beurt weer vervalt tot radon. In die lage concentratie wordt aan radon- houdend water, mits gedoseerd gebruikt, een helende werking toegeschreven.

Bij standaardtemperatuur en -druk is het een kleurloos gas, maar afgekoeld tot onder het vriespunt neemt radon een fluorescerend gele kleur aan en bij nog lagere temperaturen verandert dat in oranjerood. Hoewel radon een edelgas is, dat nauwelijks verbindingen aangaat met andere elementen, is experimenteel aangetoond dat het verbindingen kan aangaan met fluor.

87. Francium (Fr)

Francium
Atoommassa 223 u
1 Valentie-elektron // Orbitaal [Rn] 7s1
Dit is een radioactief (alkali)metaal.

Francium bestaat slechts bij de gratie van radioactief alfa-verval van actinium, een actinide 2 elementen verder. Franciumverbindingen komen alleen voor in mineralen en gesteenten waarin actinium-verbindingen aanwezig zijn als gevolg van radioactief verval, zoals uraan- en lanthaan-minera­len. Franciumisotopen worden ook aangetroffen tussen de vervalproducten van kunstmatig gemaakt plutoni­um. Een francium atoom bestaat slechts voor korte tijd want francium is één van de minst stabiele natuurlijk voorkomende elementen. Er is op de hele aardbol op enig moment naar schatting slechts twintig tot dertig gram van aanwezig.

88. Radium (Ra)

Radium
Atoommassa 226,03 u
2 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 7s2
Het zeer radioactieve radium is het zwaarste bekende aardalkalimetaal. Zuiver metallisch radium is helderwit, maar wordt met zuurstof in de lucht snel zwart.
het is ook lichtgevend met een zwak blauwgroene kleur.

De naam radium is ontleend aan de radioactieve straling die het uitzendt. Aangezien radium ontstaat uit het verval van uranium, wordt het altijd aangetroffen in uraniummijnen. Hoe ontdekken chemici een element: Marie en Pierre Curie ontdekten radium in 1898 in een monster uraniniet (pekblende). Ze toonden het aan met behulp van spectraalanalyse. Om meer van het element in handen te krijgen verwerkten ze twee wagonladingen afval, overgebleven bij de uraniumwinning. Het leverde slechts 1/10 gram radium op!!

In 1910 verkreeg Marie Curie het eerste metallische radium. Ze elektrolyseerde een oplossing van een radium-kwik verbinding. Uit de ontstane radium-kwik-legering isoleerde ze het radium via afdampen van het kwik bij 700 °C in een waterige oplossing.

Vlak na de ontdekking werd radium als een soort radioactief wondermateriaal beschouwd. Het kreeg toepassingen in lichtgevende verf, maar ook in tandpasta en andere producten die goed zouden zijn voor de gezondheid. Meisjes die werkten of gewerkt hadden aan het aanbrengen van de radiumverf ontwikkelden zweren, bloedarmoede en botkanker.

Het duurde een kwart eeuw voordat de gevaren van radium serieus werden genomen. Gemeten naar gewicht is radium een miljoen maal radioactiever dan uranium. Tegenwoordig wordt radium gebruikt bij het opstarten van een kernreactor.

De actiniden

Dit zijn een serie van 15 elementen met de atoomnummers 89 t/m 103. Alle actiniden zijn radioactief en vervallen spontaan naar lagere elementen, uiteindelijk naar lood. Twee actiniden (thorium en uranium) komen echter nog als natuurlijk element op Aarde voor doordat zij isotopen hebben met een halveringstijd van miljarden jaren. Dat is de tijd waarna van een oorspronkelijke hoeveelheid stof nog precies de helft over is.

Alle actiniden zijn radioactief.

89. Actinium (Ac)

Actinium
Atoommassa 227,0728 u
3 Valentie-elektronen // [Rn] 6d1 7s2

Actinium is te vinden in het uraniumerts pekblende, net als radium en polonium. Het is bijzonder radioactief, honderdvijftig keer meer dan radium. De naam is afgeleid van het Griekse woord akti­nos, dat straal betekent. Actinium werd in 1899 ontdekt in het residu van uraniumerts waaruit Marie en Pierre Curie een jaar eerder al radium hadden geïsoleerd.

  • Het is één van de meest zeld­zame ele­menten. Het aandeel in de aardkorst is qua gewicht slechts 5,5.10-14 %.
  • Vanwege de schaarste, hoge prijs en extreme radioactiviteit heeft actinium geen industriële toepassingen. Het wordt incidenteel wel gebruikt voor medische doeleinden (lokale bestraling).
  • Actinium is een zilverkleurig metalliek metaal dat dusdanig radioactief is, dat het in het donker een blauwe gloed uitstraalt.

90. Thorium (Th)

Thorium
Atoommassa 232,04 u
4 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 6d2 7s2
Afbeeldingsresultaat voor thorium
Kernenergie van thorium is een nieuwe en duurzame techniek,

Thorium is een stof die niet splijtbaar is, maar het kan wel omgezet worden in een vorm van uranium die wel splijtbaar is. Dit is uranium-233. Deze stof verliest in 160.000 jaar tijd de helft van de radioactiviteit. Zo wordt het gevaar van de radioactiviteit dus kleiner, want kernafval van uranium geeft langer straling af. Bij de omzetting van deze stof is wel uranium nodig, dit gebeurt in lastige stappen.

Thorium is een nucleaire energiebron, maar wordt nauwelijks benut. Er zit misschien wel meer energie in de aardse thoriumvoorraden dan in alle uraniumertsen én fossiele energiebronnen bij elkaar. Video thorium-oplossing-voor-het-energieprobleem

Puur thorium is een zilverwit glanzend metaal, maar na enkele maanden zorgt oxide ervoor, dat het dofgrijs en uiteindelijk zelfs zwart wordt. Thorium is redelijk bestand tegen water en lost niet op in de meeste zuren, behalve in zoutzuur. Het smeltpunt van thoriumoxide is 3300°C, het hoogst van alle bekende oxides en bijna van alle bekende materialen.

Thorium heeft een zeer hoge elektronenemissie. Het wordt gebruikt in gloeidraden van elektronenbuizen en van kwikdamplampen met een hoog vermogen, en is ook te vinden in gloeikousjes van (camping)gaslampen.

91. Protactinium (Pa)

Protactinium
Atoommassa 231,04 u
5 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f 2 6d1 7s2

Het heeft een proton méér dan thorium en staat dus een positie hoger in het periodiek systeem. Opmerkelijk genoeg heeft het een lager atoomgewicht, omdat de meest voorkomende isotopen minder neutronen in hun kern hebben dan thorium.

Protactinium is zeer schaars, radioactief en giftig. Als vervalproduct van uranium-238 is het te vinden in uraniumertsen.

Vrijwel al het natuurlijke protactinium is het onstabiele isotoop 231Pa, een vervalproduct van de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met een halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

92. Uranium (U)

Uranium
Atoommassa 238,03 u
6 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f3 6d1 7s2
Natuurlijk uranium bestaat grotendeels uit de ‘meest stabiele’ isotoop van uranium 238U met ’n halveringstijd van 4,5 miljard jaar.

Het uranium-238 dat op Aarde voorkomt is gevormd door nucleosynthese in supernova’s. (opbouw van zwaardere uit lichtere atomen en het ontstaan van hun isotopen)

De nucleaire toepassingen en de natuurlijke radioactiviteit hebben uranium tot een element gemaakt dat tot de verbeelding spreekt. Dit zwaarst bekende natuurlijk voorkomende metaal is niet bijzonder zeldzaam. De meest bekende toepassing van uranium is het gebruik als ‘brandstof’ voor kernreactoren, als verrijkt uranium. Voor het op gang houden van een kettingreactie is een hoger percentage van het andere isotoop van uranium 235U noodzakelijk. Het bereiken van een hoger percentage wordt ‘verrijken’ genoemd. Uranium dient ook als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling. Eveneens wordt het zware metaal gebruikt als contragewicht in vliegtuigen (uiteraard verarmd uranium, een afval product). Uranium heeft namelijk een hoge dichtheid: een kubieke decimeter (een liter) weegt meer dan negentien kilo, dat is bijna twee keer zoveel als lood.

Ontdekking

Uranium werd in 1789 ontdekt in het mineraal uraniet, bekend als pekblende.

Uraniet
Gerelateerde afbeelding
Uraniumwinning uit erts

De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de VS aan het begin van de 20e eeuw. Er werd naar radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop 235U ontdekt. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Maar uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy. Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.

Gyrokompas

Bij de navigatie van schepen maakt men gebruik van een gyrokompas. Daarin bevindt zich een zeer snel draaiende tol (6.000 – 24.000 omwentelingen per minuut), waarvan de as zich richt naar de aardas. Een tol met een grote traagheid maakt het kompas minder gevoelig voor de bewegingen van het schip. Daarom wordt materiaal gebruikt met een zeer grote dichtheid, zoals ver­armd uranium.

Transurane elementen

De elementen na uranium, dus vanaf neptunium (93), komen niet van nature op Aarde voor, maar alleen als vervalproducten of worden via nucleaire technieken ‘gesynthetiseerd’. Alle transuranen zijn radioactief met halfwaardetijden die veel korter zijn dan de leeftijd van de Aarde (4,5 miljard jaar), dat wil zeggen dat zij op Aarde al lang vervallen zijn. Zij worden echter wel voortdurend in het heelal aangemaakt gedurende bepaalde astronomische gebeurtenissen, zoals in supernova’s.

Twee van deze transuranen zal ik benoemen.

94. Plutonium (Pu)

Plutonium
Atoommassa 239,05 u
8 Valentie-elektronen // Orbitaal [Rn] 5f6 7s2
Een keramische brandstofpellet van Plutonium-238 oxide gloeit oranje door zijn radioactieve verval. Deze pellets worden gebruikt om warmte te leveren die wordt omgezet in elektriciteit op ruimtevaartuigen.

De totale aardse hoeveelheid plutonium van werkelijk natuurlijke oorsprong wordt geschat op enkele grammen. Daarentegen zijn vele honderden tonnen plutonium door de mens geproduceerd, speciaal voor de vervaardiging van kernwapens. Het testen van kernbommen heeft vele duizenden kilo’s in de aardse atmosfeer gebracht. Plutonium ontstaat ook als bijproduct in reguliere kernreactoren.

118. Oganesson (Og)

Atoommassa 293 u
Orbitaal [Rn] 5f14 6d 10 7s27p6

Van het (voorlopig) laatste element van het periodiek systeem zijn slechts een paar exemplaren ooit ‘gezien’. Element 118 is het zwaarste van alle bekende elementen en het meest recente ontdekte element.

Oganesson zou een edelgas kunnen zijn. Het element is ontdekt door de Russische wetenschapper Yuri Oganessian. Hij was nauw betrokken bij de ontdekking van meerdere nieuwe elementen.

Nieuw elementen

Afbeeldingsresultaat voor transurane elementen
Door twee andere elementen in een gigantische deeltjesversneller op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115 – Ununpentium – met 115 protonen
Afbeeldingsresultaat voor op elkaar te laten botsen, ontstond element nummer 115
Een nieuw element met 117 protonen.
Uitgelicht

Celcyclus

Al het leven is, letterlijk ‘in wezen‘, gebaseerd op het vermogen van cellen om zich te delen in genetisch gelijkwaardige ‘dochtercellen’. Het proces dat zich afspeelt vanaf het samensmelten van twee cellen tot haar eigen splitsing en weer verder…..

Een mens bestaat uit zo’n 37,2 biljoen cellen. (biljoen is miljoen x miljoen…..dus een mens heeft zo’n 37.200.000.000.000 cellen).

We gaan ons nu op nanoschaal begeven:

  • Eén nanometer (nm) is ’n miljoenste mm
  • Diameter menselijke haar is 80.000 nanometer

Een gemiddelde lichaamscel heeft een diameter van ongeveer vijftien micrometer:   15 μm = 0,015 mm. (1 μm is één micrometer = ’n duizendste mm) dat is net zo dun als de helft van een vel aluminiumfolie. Een gemiddelde cel weegt ongeveer vijf nanogram = 5 miljardste gram….

Het meest verbazingwekkende is, dat het nu volgende zich uiterst nauwkeurig en perfect op elkaar afgestemd afspeelt in een voortdurend continu en nauwgezet proces…ongewilde mutaties uitgezonderd, daarover later meer.

En om dit alles te begrijpen moeten wij een universitaire studie volgen, omdat het eenvoudige proces zeer ingewikkeld uitgelegd dient te worden met encyclopedische termen. Het is vooralsnog volslagen onbegrijpelijk, dat deze in wezen vanzelfsprekende processen plaatsvinden in een minuscuul celletje met een afmeting van slechts enkele duizendsten van een millimeter……

    Afbeeldingsresultaat voor menselijke cel

               cel door elektronenmicroscoop

Binnenin deze cel met een diameter van 0,015 mm bevinden zich maar liefst 13 Organellen met ieder een eigen cruciale functie.
Ongeveer 300 miljard cellen worden dagelijks vervangen. Al deze cellen worden niet even snel vernieuwd : volgens hun functie worden ze na enkele dagen al of pas na jaren vervangen. Cellen hebben dus een eigen leeftijd.

Skeletcellen kunnen enkele tientallen jaren leven, spiercellen uit het ademhalingsstelsel  15 jaar, en alle neuronen (zenuwcellen) zijn zo oud als jezelf bent. Van alle hartcellen wordt jaarlijks vanaf je twintigste ongeveer 1% vervangen.
De meeste cellen delen zich gemiddeld om de 3 tot 4 maanden…..dus vanwege de gigantische hoeveelheid van 37,2 biljoen cellen is er een voortdurend en continu proces gaande van vervanging of deling en van apoptose (het afsterven van een cel).

Celdeling

Afbeeldingsresultaat voor celdeling ask

Hoe weten cellen wanneer ze moeten delen?

Celdeling begint met chemisch signaal om tot reproductie over te gaan…..“Bereid je voor om je te reproduceren….”

Afbeeldingsresultaat voor kinase

  • Eiwitkinasen en fosfatasen reguleren biologische signalen door te werken als enzymen, die fosforylatie (activering) en defosforylatie (inactivering) in biologische organismen katalyseren (versnellen).  Kinase is een enzym dat een fosfaatgroep aan een molecuul toevoegt  Een fosfatase is een enzym dat een fosfaatgroep juist afbreekt van een molecuul. 
  • Fosforylering gekatalyseerd door proteïnekinasen zendt inkomende signalen opnieuw uit door de substraten van de proteïnekinasen te activeren. Signaaloverdracht zal worden beëindigd door defosforylering (inactivering) van hun substraten, een reactie die wordt gekatalyseerd door eiwitfosfatasen.
  • Een substraat is in de biochemie een stof die via een chemische reactie wordt omgezet met behulp van een enzym als katalysator. Het enzym gaat daarbij tijdelijk een verbinding aan met het substraat. Nadat het substraat is afgebroken komt het enzym weer vrij.

Iets simpeler uitgelegd:

De signalen werken als aan-/uitknoppen die de cellen ‘vertellen’ wanneer ze moeten beginnen en stoppen met delen. Cellen regelen hun celdeling door met elkaar te communiceren. Dit doen ze door middel van chemische signalen van speciale eiwitten genaamd cyclinen.

Cyclinen vormen een eiwitfamilie die een belangrijke rol speelt bij de celcyclus door het activeren van kinase-eiwitten. Kinase is een verzamelnaam voor een groep enzymen, die een fosfaatgroep kan aanbrengen op een ander eiwit. Een kinase verbruikt bij deze een katalysatiereactie….die de snelheid van een bepaalde chemische reactie beïnvloedt zonder zelf verbruikt te worden.

Deze schakelfunctie kan op deze manier chemische reacties in de cel aansturen en vormt een belangrijke factor in de cel-interne signaaltransductie, dit is het doorgeven van signalen binnen een cel. Deze signalen worden weer doorgegeven via ‘paden’ van voornamelijk eiwitten. Naast de signalen binnen de cel komen er ook signalen van buiten de cel met speciale signaalstoffen, zoals hormonen, neurotransmitters en andere moleculen.

Een eiwit kan bijvoorbeeld ‘geschakeld’ worden door een fosfaatgroep op een bepaalde positie aan te hechten door een kinase. Op die manier kan een signaal door de cel geleid worden naar de plek waar dat nodig is, waarna er iets met de cel kan gebeuren, bijvoorbeeld beweging, doodgaan (of niet), starten met deling, enz.

Fasen van celdeling

De celcyclus bestaat uit vijf delen. De G0-fase, de G1-fase, de S-fase, de G2-fase en de M-fase. De G1-fase, S-fase, en G2-fase bij elkaar noemen we de interfase.

Afbeeldingsresultaat voor fasen celdeling

Fasen van de celcyclus

G0-fase (G nul-fase)

Als een cel in de G0-fase zit, dan doet de cel gewoon zijn werk. Kliercellen produceren dan sappen, zenuwcellen geleiden dan elektrische impulsen en spiercellen zorgen dan voor beweging. De cellen in de G0-fase vervullen gewoon hun functie voor het organisme waar ze deel van uit maken. De cel bezit 46 strengen DNA, min of minder gecondenseerd, maar in het algemeen kan je spreken over chromatine..
G1-fase
Vanuit de G0-fase kan de cel terecht komen in de G1-fase. De cel gaat zich voorbereiden op een mogelijke celdeling. De cel heeft nog steeds 46 strengen DNA.
S-fase
In deze fase van de celcyclus gaat de cel zich voorbereiden op de naderende celdeling. Omdat na de celdeling alle dochtercellen weer 46 chromosomen moeten hebben, zorgt de cel ervoor dat in de S-fase al het DNA gekopieerd wordt. Voor een menselijke cel geldt dan dat er van elke streng DNA een kopie wordt gemaakt. Een cel in de S-fase van zijn leven heeft 92 strengen DNA in de celkern.
G2-fase
De cel gaat zich voorbereiden op de naderende kerndeling. De celkern heeft nog steeds 46 strengen DNA, die nog maar matig zijn opgerold tot chromatine.
De M-fase
De cel gaat zich daadwerkelijk delen. De celkern moet er zorg voor dragen dat het DNA nu heel goed opgevouwen wordt. De 92 strengen DNA wordt nu maximaal opgevouwen (gecondenseerd) tot 46 chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit twee chromatiden. De twee chromatiden van het chromosoom zijn exacte kopieën van elkaar.

  • De duur van de verschillende fasen is afhankelijk van het celtype en het organisme. Gemiddeld duurt in een celcultuur een celdeling 12 tot 24 uur.
  • Om de cyclus goed te begrijpen moet het duidelijk zijn dat de erfelijkheidsdrager van de cel zich in verschillende (drie) fasen kan bevinden. Fasen mitose 

Chromosoom 1: Chromatide 2: Centromeer 3: Korte arm 4: Lange arm

Interfase en stadia van de mitose

Interfase (inter = tussen): Gedurende het grootste deel van de celcyclus in deze interfase, is het DNA langdradig en onzichtbaar aanwezig in de celkern. De langdradige DNA-kluwen in de celkern wordt chromatine genoemd. Binnen de celcyclus verkeren cellen de meeste tijd in het stadium interfase. Interfase wordt beschouwd als de fase waarin cellen hun “normale” celfunctie uitvoeren, met name nutriënten (voedingsstoffen) opnemen, groeien, DNA aflezen en eiwitten aanmaken en waarin ze zich op de mitose voorbereiden door hun DNA te repliceren. In interfase kunnen soms nucleoli  (kernlichaampjes) of een enkele nucleolus  in de kern door een elektronenmicroscoop als bolvormige objecten onderscheiden worden.

Profase: de voorbereidingsfase, het eerste stadium van de mitose (celdeling).           Vroege profase: de chromosomen beginnen te spiraliseren.                                       Midden profase: de kernmembraan en de kernlichaampjes  fragmenteren en verdwijnen. De centrosomen(spoellichaampjes bestaande elk uit een paar centriolen komen alleen voor in dierlijke cellen), die in de G2-fase verdubbeld zijn, gaan nu uiteen. Een centriool heeft de vorm van een cilindertje, opgebouwd uit negen groepjes van drie microtubuli (buisjes) die gerangschikt zijn als de schoepen van een watermolen. 

Afbeeldingsresultaat voor centrosomen   Afbeeldingsresultaat voor spoellichaam spindles zijn microtubili video

  • Microtubili zijn holle buisjes, opgebouwd uit een soort ‘nano-lego’ die stevigheid geven aan een cel. Ook vormen ze een soort rails waarlangs allerlei onderdelen binnen de cel kunnen worden getransporteerd. Bij de celdeling worden ze bijvoorbeeld gebruikt om de chromosomen van elkaar te scheiden.
  • (zie video microtubili) In dierlijke cellen ligt net buiten de kernmembranen, het centrosoom (spoellichaampje), dat zich bij de kerndeling verdubbelt, waarna elk centrosoom zich langzaam naar één kant van de kern beweegt. Geleidelijk ontwikkelt zich in de buurt van elk van de centrosomen een structuur van draden, de spoelfiguur. Als de centrosomen bij de dierlijke cel elk aan één kant van de kern aangekomen zijn, is er een netwerk van draden ontstaan dat de gehele kern omspant. Deze draden zorgen ervoor dat de chromosomen in de cel (die bij de celdeling los in het cytoplasma zitten) in het midden gehouden worden.

Late profase: alle chromosomen zijn gecondenseerd tot staafvormige structuren die onder een lichtmicroscoop zichtbaar zijn. Ze bestaan nu uit twee chromatiden die op het centromeer nog aan elkaar vastzitten. Het centromeer deelt het chromosoom in twee armen.

Mitosis, Ciclo celular, Fase M, El ciclo celular, Mitosis celular, Bilogia, Que es la motisis, Division celular, Citocinesis, celula diploide, Cromosomas, Haploide, Profase, Prometafase, Fases de la mitosis, Metafase, Anafase, Telofase, mitosis y meiosis, mitosis celular, mitosis celular en español, mitosis en español, mitosis fases, mitosis en español explicacion, mitosis y meiosis educatina, reproduccion celular, reproduccion celular biologia, Reproducción celular, Mitosis y Meiosis. metafase GIF

Metafase (meta = midden): de middenfase. De chromosomen gaan weer in het equatoriale vlak tussen de polen liggen. Deze fase is afgelopen zodra de chromatiden loslaten, doordat het centromeer zich in tweeën deelt. De twee chromatiden vormen nu elk een zelfstandig chromosoom. De metafase is de fase waarin de chromosomen het duidelijkst bestudeerd kunnen worden. In de metafase zijn de chromosomen volledig gespiraliseerd. Er ontstaat een spoelfiguur van microtubuli (draadvormige structuren bestaande uit tubuline polymeren) van pool tot pool en van pool tot centromeer.

metáfase mitosis, cell, cycle, prophase, metaphase, anaphase, telophase, cytokinesis, chromosomes, spindle, fibers, DNA metafase GIF

Anafase (ana = opwaarts): de verdelingsfase. Van elk chromosoom worden de twee chromatiden aan een spoelfiguur van microtubuli gehecht zijn, uit elkaar getrokken richting tegenoverliggende polen. Elk losse chromatide wordt vanaf nu weer als chromosoom beschouwd. De centromeren worden gesplitst en de chromatiden worden over de bedrading van de microtubili naar de tegenoverliggende polen getrokken

Afbeeldingsresultaat voor anafase

Telofase (telos = eind): de eindfase. Dit is de afrondingsfase van de kerndeling. De spoelfiguur verdwijnt, de chromosomen despiraliseren, er ontstaat een nieuw kernmembraan en de nieuwe kernlichaampjes (nucleoli) worden zichtbaar.
 Cel in telofase

Tijdens de telofase despiraliseren de chromosomen en worden weer lange dunne draden (chromatine), die niet van elkaar te onderscheiden zijn met de lichtmicroscoop. De nucleoli verschijnen weer. De chromosomen worden opnieuw ‘verpakt’ in een kernenvelop en de vorming van twee complete kernen is dan voltooid. Alle resterende microtubili van de spoelfiguur depolymeriseren (uit elkaar gaan). Nadat de telofase ten einde is gekomen, is het resultaat twee nieuwe kernen. Hiermee is de mitose beëindigd.

Cytokinese (kytos = leeg vat = cel, en kinesis = beweging): de verzelfstandiging van de twee dochtercellen. Gedurende de cytokinese, die op de eigenlijke mitose aansluit wordt het cytoplasma van de twee dochtercellen via een tussenmembraan gescheiden. De scheiding van de twee nieuwe cellen gebeurt door insnoering van de celmembraan.

Het DNA

Eerst even dit:

DNA moleculen ontdekt in interstellaire ruimte

Afbeeldingsresultaat voor Bouwstenen DNA en aminozuren ontdekt in de ruimte   Afbeeldingsresultaat voor Bouwstenen DNA en aminozuren ontdekt in de ruimte

Vooraf is het noodzakelijk te weten hoe het DNA is opgebouwd.

 Van DNA naar eiwit

Genen zijn stukjes DNA die coderen voor een erfelijke eigenschap. Het gehele menselijke genoom bestaat ongeveer uit 20.000 genen. Een mens is dus het product van 20.000 erfelijke eigenschappen die verdeeld liggen over 46 chromosomen. Het gen codeert voor het eiwit. Een eiwit kan een erfelijke eigenschap tot uiting brengen, zoals bloedgroep of ….de kleur van een bloem. In tegenstelling wat je zou vermoeden, bestaat slechts een klein deel van alle DNA in een cel uit genen. De rest is DNA dat niet codeert voor eiwitten.

Het genoom

  • Het gehele erfelijke materiaal van een individu/organisme. Het genoom van de mens bestaat uit 46 chromosomen met daarop ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen.

Nucleotiden

Nucleotiden zijn bouwstenen van het DNA bestaande uit een fosfaatgroep, een desoxyribose (eenvoudige koolhydraten) en een stikstofbase. Er zijn vijf nucleotiden. Guanine (G) Cytosine (C) Adenine (A) en Thymine (T) en Uracil (U).                     Nucleotiden ‘voelen’ dat ze energie en signalen af kunnen geven binnen een cel.

  • Fosfaat is een verbinding van fosfor met zuurstof. Fosfaatverbindingen spelen een belangrijke rol in de energievoorziening. Zo is het molecuul adenosinetrifosfaat (ATP drager van chemische energie). In ons bloed regelt fosfaat de zuurgraad. De grootste hoeveelheid fosfaat vinden we terug in onze botten en
  • Desoxyribosen zijn de eenvoudigste koolhydraten (suikers), het zijn verbindingen van koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen
  • Stikstofbasen  de basen/onderdelen van het DNA. Er bestaan vier stikstofbasen voor de bouw van het DNA: Thymine, Cytosine, Guanine en Adenine.  In de volgorde van deze stikstofbasen liggen onze erfelijke eigenschappen geschreven.

Nucleobasen

De Nucleobasen voor DNA zijn de stikstofbasen adenine, thymine, cytosine en guanine….afgekort met de letters A, T, C en G.  Het zijn alle 4 stikstofbasen.
Aangezien het DNA bestaat uit een dubbelstreng, worden er tussen de basen waterstofbruggen gevormd.

Waterstofbruggen

Een waterstofbrug (H-brug) is een zwakke chemische verbinding die voorkomt tussen polaire -/+ moleculen.

Afbeeldingsresultaat voor waterstofbruggen dna

Een waterbrug ontstaat als een positief geladen waterstofatoom wordt aangetrokken wordt door een negatief geladen atoom van een ander molecuul. In levende cellen ontstaan waterstofbruggen meestal tussen negatief geladen zuurstof- en/of stikstofatomen.

DNA en chromosomen

Wat is nu eigenlijk het verschil tussen DNA en een chromosoom. Allebei zijn ze aanwezig in de celkern en beide zijn de erfelijkheidsdragers van het organisme. DNA is een extreem lang molecuul, van wel 2 meter lang….. Tijdens de deling in de celcyclus is het handig als de 46 lange strengen DNA netjes geordend worden. DNA kan zichzelf ordenen door zich dubbel te spiraliseren. Dit ordenen begint bij het binden van eiwitten (histonen) aan het DNA. Het zijn dan eiwitballetjes dat nog het meest op een kralenketting lijkt.

Afbeeldingsresultaat voor histonen

Deze kralenketting kan zich vervolgens gaan spiraliseren. Je spreekt dan niet meer van histonen omwikkeld door DNA, maar van chromatine. Als nu het chromatine zich ook nog eens gaat spiraliseren (tweede spiralisatie) dan ontstaat er een chromosoom. Een chromosoom is dan dus eigenlijk: dubbel gespiraliseerd DNA omwikkeld rondom eiwitten.

Het genoom, alle erfelijke eigenschappen bij elkaar, ligt op 46 chromosomen die zich in de celkern bevinden. Deze 46 chromosomen (2×23) bevatten gezamenlijk ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen. De bouw van het DNA-molecuul is in wezen verrassend simpel.

  • Een ruggengraat bestaande uit suiker- en fosfor moleculen en de treden van de trap die opgebouwd zijn met maar vier letters. G, C, A en T.
  • Het zijn deze vier letters van de treden van de trap, waarmee het leven van een organisme al 2,5 miljard jaar wordt geschreven in genetische codes.

De genetische code

Fragmenten van de genetische code – de vertaling van DNA naar eiwitten – die coderen voor een specifieke eigenschap wordt een gen genoemd. Op basis van deze code wordt door de Ribosomen, het Endoplasmatisch reticulum en het Golgiapparaat de eiwitten geproduceerd waar het organisme uit is opgebouwd.
In wezen is de genetische code een concept waarmee de cel eiwitten kan produceren.    Dit ontwerp is tijdens het ontstaan van het eerste leven op Aarde al in gang gezet.

Ontstaan aardse leven

Toen de Aarde zo’n 4,5 miljard jaar geleden ontstond, was leven nog niet mogelijk door de intense hitte en de giftige gassen. De voorwaarden voor leven moesten nog worden gecreëerd. Verspreid over het afkoelende en nog te vormen aardoppervlak kwamen rest-elementen terecht d.w.z. puin brokstukken en gesteenten die rond de Zon cirkelden in een zogenoemde accretieschijf. 

                           ontstaan-zonnestelsel

Bij stervorming ontstaan accretieschijven van rest-elementen (die later planeten zouden gaan vormen) en uit het dáárvan resterende puin ontstonden dan weer kometen als reusachtige steenachtige ijsrotsen. Tijdens het Late Heavy Bombardment 4 miljard jaar geleden, werd de Aarde voortdurend getroffen door talloze kometen en meteorieten die al het elementair puin op de zich vormende Aarde brachten. De gigantische hoeveelheden waterijs meegebracht door kometen vormden diepe oceanen.
20181213_125103 (1)

Uit onderzoek is gebleken dat er bij inslagen van kometen ook aminozuren kunnen ontstaan. Het zijn deze aminozuren die de basis vormen van eiwitten, onmisbaar voor het ontstaan van de allereerste levensvormen.

Wetenschappers van het Imperial College London, hebben in een gespecialiseerd laboratorium ontdekt dat de botsing tussen een ijsrijke komeet en een planeet kan leiden tot het ontstaan van aminozuren. Ze bootsten een meteoriet- of komeetinslag na door een klein stalen kogeltje met enorm hoge snelheid (zo’n 20.000 km/uur) af te schieten op ijsmengsels waarin eenvoudige chemische verbindingen zaten (onder meer methanol en ammoniumhydroxide). In sommige mengsels ontstonden door de schokgolf diverse aminozuren zoals glycine en D- en L-alanine, de bouwstenen van eiwitten, die op hun beurt een essentiële rol spelen in celprocessen. Bron: Astroblogs

Kometen

De aarde ontstond zo’n vierenhalf miljard jaar geleden, en de eerste levensvormen konden bijna een miljard jaar later al ontstaan op ’n continentale aardkorst ergens op de oceaan, een zogenoemd kraton. Dit was het oercontinent Ur. Sommige wetenschappers denken overigens dat er een continent voorafging aan Ur, namelijk Vaalbara.

Ur

Door tektonische plaatverschuivingen (enigszins te zien op het PaleoMap Project) zou mijns inziens dit oercontinentale gesteente aangetroffen kunnen zijn bij Isua, aan de Godthåbsfjord in West-Groenland, zie De Gebande IJzer Formatie natuurinformatie.nl. 

De eerste levensvormen leefden zonder zuurstof: het was in hoge concentraties zelfs giftig voor ze. Hier waren deze organismen zich al op één of andere manier “onbewust” van bewust. Dit onbewuste bewustzijn was volgens mij al in het DNA van de allereerste levensvormen aanwezig en heeft in alles ’n overheersende factor. We dienen ons echter wél realiseren, dat deze organismen en alle levensvormen erna inclusief de eerste menselijke wezens, zich slechts instinctief bewust waren van hun omgeving. Ze beschikten ook al over ’n noodzakelijk vermogen zich aan te passen áán die omgeving. Dit waren zeer langzame processen van (in ons tijdsbesef) misschien wel vele honderdduizenden jaren…..’al doende en ondervindend kwamen ze erachter hoe te overleven’.

Is leven een kenmerk dat alleen bij onze planeet hoort? Is het alleen op Aarde ontstaan? Dat dacht ik niet! Biogenese, het ontstaan van leven uit dode materie, is een proces dat overal in het universum kan plaatsvinden op elk van de vele honderden miljarden planeten die er nou eenmaal zijn! Levend organisme heeft het vermogen aangetoond om mengsels van koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof tot complexe verbindingen om te zetten, zichzelf te beschermen tegen invloeden van buitenaf, zoals UV-straling , zuren en zouten.

Levende organismen zijn, door een membraan begrensde systemen die continu materie en energie met hun omgeving uitwisselen en zichzelf door het membraan kunnen beschermen. Bovendien wisten zij zichzelf te kopiëren….. ziehier het ‘onbewuste bewustzijn’ van levend organisme.

Het kunnen ontstaan van de eerste leven

Zowel anorganische als organische elementen waren, zoals gezegd, terechtgekomen in oceanen en vormden al vrij snel verbindingen. Door verdamping van het water, vooral in ondiepe wateren, werd de concentratie van het aantal organische verbindingen groter. Hierdoor was voor kleinere moleculen de mogelijkheid ontstaan om grotere verbindingen te vormen. Ook op bodems van oceanen kon leven ontstaan van bacteriën, voor wie zuurstof giftig was en die zich thuis voelden in extreme omstandigheden zoals bij Black Smokers, waar de temperatuur kan oplopen tot wel 400 graden…Video hydrothermal-vents-in-the-deep-sea

In óndiepe zeeën hadden zich allerlei organische moleculen, zoals eiwitten en organische zuren gevormd. Die werden onder invloed van energie (uit bliksem, vulkaanuitbarstingen en kosmische straling) gevormd uit anorganische stoffen. Het vroege DNA ontwikkelde het vermogen om zichzelf te verdubbelen en uiteindelijk om de aanmaak van eiwitten aan te sturen.
 Op die manier ontwikkelden zich de eerste bacteriën. 

DNA in een bacterie

Het erfelijk materiaal van de bacterie bestaat uit precies dezelfde bouwstenen als bij mens, dier en plant, namelijk uit DNA. De volgorde van de basen in het DNA bepaalt de volgorde van de aminozuren in het eiwit , en hiermee de eigenschappen van dit eiwit. Een eiwit is weer verantwoordelijk voor een bepaalde eigenschap, zoals Replicatie= kopiëren van het DNA

Replicatie

Replicatie van het DNA vindt plaats in de eerder genoemde S-fase in de celcyclus.

Mutaties

Bij de meeste mutaties die een rol spelen in de evolutie gaat het vaak om heel kleine veranderingen in het erfelijke materiaal. Het positieve effect over opvolgende generaties kan aanleiding geven tot heel nieuwe eigenschappen en op termijn zelfs tot een nieuwe soort. Vele mutaties ontstaan echter spontaan en zijn meestal het gevolg van toevallige foutjes bij het kopiëren van het DNA tijdens de S-fase van de celcyclus, maar ze kunnen ook ontstaan tijdens de normale werkingsfase van de cel. Andere worden veroorzaakt door fysische of chemische invloeden uit de buitenwereld.

Celdeling en de verdubbeling van DNA zijn zulke complexe processen dat het niet verwonderlijk is dat er af en toe iets fout gaat. Eigenlijk is het onvoorstelbaar dat het zo vaak goed gaat. Als er fouten gemaakt worden bij een volgroeid organisme, is dat meestal niet zo erg. Defecte cellen worden door cellen van het immuunsysteem ontdekt en onschadelijk gemaakt. Soms maken de defecte cellen zelf een einde aan hun leven (apoptose) door middel van enzymen of is er zelfs een herstelfase mogelijk….een reparatie van een verkeerde mutatie.

Het blijkt tóch om communicatie te gaan en de juiste informatie door te geven!

Zenuwcellen zijn de informatie- en signaalverwerkers van het lichaam: ze ontvangen signalen en geven signalen door. Een mens heeft ongeveer 100 miljard zenuwcellen, waarvan het merendeel zich in de hersenen bevinden: hersencellen oftewel neuronen.

Het kan volgens mij geen toeval zijn, dat de hersenstructuur identiek is aan de grootschalige heelalstructuur. Het denkvermogen dat de mens heeft ontwikkeld zou  identiek kunnen zijn aan bepaalde kosmische impulsen, die ook een aanvang hebben gekend bij het ontstaan van de allereerste sterren.

Afbeeldingsresultaat voor de allereerste sterren ontstaan

  • ………elke ster en elk sterrenstelsel zendt evenals elke zenuwcel bepaalde signalen uit…..elektromagnetisch en/of elektrochemisch…..

Met onze hersenen zijn we ons bewust wie, wat, waar en waarom we zijn. Bovendien kunnen we proberen (….) het heelal te begrijpen…als je het aandurft tenminste!!
Alles wat we zien, zijn, horen, ruiken, voelen en denken is uiteindelijk na miljarden jaren evolutie kunnen ontstaan vanuit ’n kosmologisch proces en dit vind je ook terug in alle biologische- en biochemische processen.

De lijn van ontwikkeling van het heelal, kán nou eenmaal niet anders verlopen, dan dat er op vele honderden miljarden planeten, willekeurig verspreid over het universum, uiteindelijk ergens heel simpel leven is kunnen ontstaan in een vanzelfsprekend proces – in diepe of ondiepe zeeën met welke vloeistof dan ook, waar organische en anorganische stoffen zich kunnen mengen om verbindingen aan te gaan. 

Dus krioelt ’t van leven in het universum. Elke levensvorm zal zich voortdurend blijven ontwikkelen en aanpassen aan de eveneens voortdurende veranderingen van z’n omgeving. Dit is een ingefluisterde wetmatigheid van het Universum. Deze wetmatigheden kunnen begrepen worden door de zich steeds  verder evoluerende hersenen. 

De mensheid op onze planeet heeft door de evolutie van de hersenen, ’n eigen manier van leven kunnen ontwikkelen. Op elke plek van onze aardbol hebben zowel mensen, dieren als planten zich aan weten te passen aan de ook weer voortdurend veranderende tektonische, klimatologische, atmosferische en biologische omstandigheden. Dat is ’n “Survival of the fittest”…..wat zich aanpast, overleeft……
Wij mensen hebben hiervoor ’n eigen en dus ’n zeer uiteenlopende manier van denken ontwikkeld, en ook in ons eigen denken kunnen voortdurend veranderingen en ontwikkelingen plaatsvinden……………..als we er tenminste voor open staan…….

Nog niet zolang geleden werd gedacht dat we met een bepaald aantal hersencellen werden geboren zonder dat er ook maar één hersencel bijkomt…….Tegenwoordig weten we dat er zich ook nog op latere leeftijd nieuwe cellen in ons brein kunnen ontwikkelen. Als gevolg van studie en hersentraining, ontstaan tussen de neuronen nieuwe verbindingen, terwijl andere verbindingen verstevigd worden.

      Impulsgeleiding in neuron

Neuronen, bouwstenen van ons brein

Bron: Natuurinformatie (gedeeltelijk overgenomen)

De hersenen van de mens zijn opgebouwd uit ongeveer 100 miljard neuronen. Deze zijn allemaal al bij de geboorte aanwezig. Bij alles wat er in de hersenen gebeurt draait het om de communicatie tussen de neuronen onderling. Er worden voortdurend miljarden chemische signalen en elektrische impulsen in millivolts rondgestuurd.

Complexe netwerken

Al bij het embryo wordt een begin gemaakt met het leggen van verbindingen tussen de neuronen onderling. Deze zijn geschikt voor het uitvoeren van een aantal basisfuncties die vlak na de geboorte nodig zijn. Na de geboorte gaat het aanleggen van verbindingen door en dat leidt uiteindelijk tot een complex netwerk waarin miljarden neuronen met elkaar zijn verbonden. Juist door zijn complexiteit is dit netwerk in staat gelijktijdig grote hoeveelheden informatie te ontvangen, te verwerken en door te geven.

      

  • Het netwerk is voortdurend aan verandering onderhevig. Afhankelijk van je ervaringen en leerprocessen worden verbindingen steeds aangepast. Dit wordt plasticiteit genoemd, een aanpassingsvermogen.

Neuronen delen zich na de geboorte niet meer zoals dit bij andere cellen gebeurt. Hun aantal neemt om die reden met het ouder worden fors af, hoewel de inzichten hierover aan het veranderen zijn:

  • Vroeger dacht men dat we met een bepaald aantal zenuwcellen worden geboren zonder dat er ook maar eentje bijkomt. Tegenwoordig weten we dat er op latere leeftijd nog nieuwe zenuwcellen bij kunnen komen. In de ventrikels (holtes/kamers) van de hersenen  liggen voorlopercellen (volwassen stamcellen) waaruit nieuwe zenuwcellen kunnen ontstaan. Als gevolg van leren en training kunnen tussen zenuwcellen nieuwe verbindingen gemaakt worden en anderen verstevigd worden. Dit wordt neuroplasticiteit genoemd plasticiteit-en-cognitiemaxresdefault Video Neuroplasticity
  • Een volwassene kan dus nog steeds nieuwe dingen leren, hoewel dit met het ouder worden steeds moeilijker wordt. Hoe meer we ons ontwikkelen hoe meer nieuwe verbindingen aangelegd worden. Hoe vaker bepaalde ‘routes’ in de hersenen gebruikt worden, hoe sneller contact met die bepaalde gebieden gelegd wordt. Omgekeerd worden weinig gebruikte, dus onrendabele, routes opgeheven.
  • Dankzij dit aanpassingsvermogen is er ook een kans (meer of minder) te herstellen van een beperkt hersenletsel. De complexiteit van het netwerk -er zijn veel meer verbindingen dan nodig zijn- maakt het mogelijk ‘omwegen’ aan te leggen als de ‘rechtstreekse route’ naar bepaalde hersengebieden afgesloten is. Reorganisatie, dat wil zeggen overname van functies door andere gebieden, en gebruik van onbenutte hersencapaciteit is dus mogelijk.

Bouw van het neuron

Net als andere cellen hebben neuronen een cellichaam met een kern. Alle onderdelen die ook bij andere cellen zorgen voor de cel huishouding zijn aanwezig. Het voornaamste verschil is de vorm: het cellichaam van het neuron heeft een aantal uitlopers: de neurieten. Het aantal neurieten kan per neuron verschillen.
Ook kan het cellichaam zich niet delen en vermenigvuldigen. Als het cellichaam beschadigd wordt bestaat het risico dat het hele neuron afsterft.

Celkern

In de kern is de genetische code, het DNA, opgeslagen die bepaalt hoe de cel zich ontwikkelt en hoe er duizenden chemische reacties worden verwerkt.

Mitochondriën

Dit zijn de energiecentrales van de cel. In de mitochondriën worden vetten en suikers omgezet in ATP, een chemische stof die de energie levert voor een groot aantal celfuncties.

Neurieten

Er zijn twee soorten neurieten: axonen en dendrieten. Neurieten kunnen zich door weefsels heen wringen om met andere neuronen in contact te komen. Zo kan het neuron via de axonen en dendrieten met andere neuronen communiceren.

Axon

Ieder neuron heeft maar één axon, deze vertrekt vanuit het cellichaam. Het is een kabel met meerdere eindvertakkingen. Een axon voert elektrische signalen vanuit het cellichaam weg naar andere neuronen.

Dendrieten

Ieder neuron heeft meerdere dendrieten. Dendrieten zijn korte twijgvormige uitlopers van het cellichaam. Deze uitlopers maken contact met de eindvertakkingen van de axonen van andere neuronen en ontvangen via hun receptoren de signalen die het axon aanvoert, dus naar het cellichaam toe. Maar deze signalen kunnen niet zonder meer van het ene aan het andere neuron worden doorgegeven, omdat neuronen omgeven zijn door een vlies ofwel membraan.

Synapsen

Glutamate-and-receptors-at-the-excitatory-synaps-Glutamate-released-in-the-synaptic

Het doorgeven van de elektrische signalen gebeurt op speciale verbindingspunten, waar de membranen van de neuronen elkaar heel dicht naderen: de synaps. Dit is dus de plek waar neuronen contact met elkaar maken. Dat gebeurt via chemische stoffen die neurotransmitters worden genoemd. Tussen de celmembranen van twee neuronen is een kleine opening die de synapsspleet genoemd wordt. Synapsen zijn contactpunten die op de eindvertakkingen van axonen zitten. Deze contactpunten bevatten blaasjes waarin de neurotransmitters zitten. Zodra een elektrisch signaal aankomt op het uiteinde van een axon worden er neurotransmitters vrijgemaakt, die ‘uitgestort’ worden in de synapsspleet, deze ‘oversteken’ en het ontvangende neuron activeren.

Afbeeldingsresultaat voor synaps Meer en sterke synapsen zorgen voor efficiënte informatieverwerking in je brein, omdat dit de volgende keer dat de neuronen gaan communiceren sneller gebeurt.

Neurotransmitter

Een neurotransmitter zorgt voor de signaaloverdracht tussen de neuronen onderling. Vrijgemaakte neurotransmitters binden zich tijdelijk aan de receptoren van het ontvangende neuron. Via een ingewikkeld chemisch proces wordt er dan een nieuw elektrisch signaal opgewekt. De receptoren geven dit signaal weer af en sturen het door. Daarna wordt de neurotransmitter weer losgekoppeld en afgebroken of gaat terug naar het neuron waar hij vandaan kwam.

Myelineschede

Afbeeldingsresultaat voor myelineschede

De myelineschede zorgt voor isolatie en bescherming van de axonen en voorkomt dat signalen van het ene neuron op het andere kunnen overspringen. Wanneer de myeline beschadigd raakt ontstaan er problemen met het transport van de elektrische signalen. Elke myelineschede is een millimeter lang.

Celstofwisseling

Stofwisseling of metabolisme betekent verandering of omzetting. Dit proces vindt plaats in cellen en organismen. Enzymen (eiwitten) spelen bij de omzettingen een cruciale rol. Enzymen maken reacties mogelijk of versnellen reacties zonder daarbij zelf te worden verbruikt (katalyserende werking).
Er is een verschil tussen de opbouw van stoffen met gebruik van energie: anabolisme en de afbraak van stoffen waarbij energie weer vrijkomt: katabolisme.

De bouwstoffen van DNA (de basen Adenine, Cytosine, Guanine en Thymine) hebben veel energie nodig om ze te laten ontstaan. ATP is hierbij de energiedrager.

Afbeeldingsresultaat voor atp

Adenosine is een bio-organische verbinding. Ribose is een eenvoudige suiker. P is een fosfaat, ’n organische verbinding met fosfor (P)

ATP

Door evolutionaire veranderingen (mutaties) ontstonden biopolymeren, die uit meerdere moleculaire delen bestaan. Deze konden iets heel bijzonders: ze maakten stoffen, die leken op de benodigde bouwstoffen en zetten deze stoffen om in de échte bouwstoffen!!
Daardoor groeiden deze “nep-bouwstoffen” sneller dan de echte, omdat ze eenvoudigweg meer bouwstenen ter beschikking kregen! Op deze manier konden deze ook worden gemaakt uit eenvoudige suikers, die veelvuldig aanwezig zijn. Wel was er veel energie nodig om al deze bouwstoffen te maken, maar de energie kwam vrij tijdens de afbraak van andere organische moleculen….parasiterend dus……….

Schema van de stofwisseling bij elk levend organisme
Het maken (de opbouw) van bouwstoffen heeft energie nodig: anabolisme (blauw)
Bij het afbreken van stoffen komt energie vrij: katabolisme (rood)

De celstofwisseling omvat vele duizenden chemische reacties die voortdurend in de cel plaatsvinden. Nieuwe moleculen ontstaan op vele manieren. Dat kan door het ombouwen van uit het uitwendige milieu opgenomen (= assimilatie) of reeds aanwezige stoffen, door samenvoeging van soms zeer vele kleinere brokstukken tot één groot molecuul (= anabolisme) of door splitsing van grote in soms vele kleine moleculen (= katabolisme). Als het bij dit laatste proces gaat om afbraak van structuurelementen, spreekt men van dissimilatie. Zie beschrijving hierboven en video celstofwisseling.

Het mechanisme dat nodig is voor al deze reacties, wordt gevonden in de vele verschillende door de cel geproduceerde eiwitten, die reacties kunnen laten verlopen die in de chemische techniek soms uitsluitend onder omstandigheden van hoge druk of hoge temperatuur kunnen plaatsvindt.

Enzymen

Enzymstructuur

De eiwitten die als katalysator fungeren om de reacties bij normale temperatuur en druk te laten verlopen noemt men enzymen; ze vormen het belangrijkste bestanddeel van het cytoplasma (celvloeistof). Veel enzymen komen verspreid in het cytoplasma voor, maar er zijn ook enzymen te vinden in organellen (cel-organen) en daar dan de specifieke functie bepalen.

Enzymen versnellen in onze cellen het metabolisme: het proces waardoor talloze biomoleculen in onze cellen voortdurend worden omgezet in talloze andere biomoleculen om ons in leven te houden.

Enzymen zijn de motoren van het leven en is ervan afhankelijk. Van de allereerste microben die uit de oersoep sijpelden, via dinosauriërs die door de Jurassische bossen denderden, tot ieder nu levend organisme. Elke cel in je lichaam zit vol met honderden of zelfs duizenden van die moleculaire mechanismen, die helpen om dat voortdurende proces van het samenstellen en recyclen van biomoleculen op gang te houden, het proces dat wij leven noemen. De taak van enzymen is om allerlei biochemische reacties te versnellen, te ‘katalyseren’, die anders veel te langzaam zouden gaan. Men spreekt daarom van enzymatische katalyse.

Quantumbiologische aspecten

Enzymatische katalyse is voor bijna alle levensvormen een biochemisch grondbeginsel omdat het specifieke reacties laat verlopen die nodig zijn voor hun metabolisme, homeostase (het vermogen van meercellige organismen om het interne milieu in evenwicht te houden) en de synthese van alle biomoleculen, waarbij de energie o.a. kan worden geleverd door zonlicht zoals bij fotosynthese.

Er zijn nu nog maar weinig wetenschappers die betwijfelen dat elektronen zich door middel van een quantum tunneleffect voortbewegen langs de ademhalingsketens van de mitochondriën.

Tunnelen is vergelijkbaar met geluidsgolven die door ’n muur gaan. Wil een deeltje op dit niveau tunnelen, dan moet het golfachtig blijven om door ’n barrière heen te kunnen sijpelen.

Hiermee komen de belangrijkste reacties waarbij energie wordt aangewend in dierlijke en (niet-fotosynthetische) microbiële cellen duidelijk binnen het domein van de quantumbiologie:

  • Omdat de zéér ingewikkelde, maar uiterst nauwkeurige oxidatieve fosforylering zich afspeelt binnen een miniem orgaantje met een diameter van ongeveer één micrometer oftewel ’n duizendste mm……Afbeeldingsresultaat voor mitochondriën.

Quantumtunneling werd een belangrijk aspect van de kernfysica. Het is fundamenteel voor het leven op aarde, omdat daardoor paren positief geladen waterstofkernen in het inwendige van de zon kunnen fuseren in de eerste stap van de omzetting van waterstof in helium, waarbij de enorme hoeveelheid energie van de zon vrijkomt. Maar tot voor kort dacht men niet dat het een rol speelde bij de processen van het leven!

Naar quantummaatstaven zijn levende cellen grote objecten, dus op het eerste gezicht lijkt het onwaarschijnlijk dat het quantum tunneleffect zou worden aangetroffen in warme, vochtige levende cellen waarvan de atomen en moleculen voor het merendeel op een incoherente (onsamenhangende) manier bewegen. Maar zoals we hebben ontdekt gaat het er in een enzym anders aan toe: daarvan voeren de deeltjes een gechoreografeerde dans uit en niet een chaotische rave. Bron: ‘Hoe het leven ontstaat’ van Jim Al-Khalili en Johnjoe McFadden

Zelf ben ik ervan overtuigd dat endosymbiose ook met quantumtunneling te maken heeft.

Afbeeldingsresultaat voor endosymbiose
  • de eerder genoemde barrière is hier het celmembraan van de gastcel

Quantumbiologische aspecten in de plantenwereld

Een ander quantumbiologisch aspect is de fotosynthese. Wie fotosynthese écht wil begrijpen, vindt antwoord in de kwantummechanica.

Sun rays through the woods 23597   Wallpapers landscape scenery

Elke seconde straalt de zon duizenden biljoenen lichtdeeltjes uit. Zonlicht landt op het blad in quantumpakketjes: fotonen. Dit is ’n zogenoemde lichtreactie.

Lichtdeeltjes zijn elektromagnetische golven met een welbepaalde energie. Allereerst komt deze energie aan bij een zogeheten ‘antenne’, ’n verzameling van honderdduizenden chloroplasten (bladgroenkorrels).

Gerelateerde afbeelding

Planten hebben een plantaardige celcyclus. In plantencellen bevinden zich bladgroenkorrels of chloroplasten. Bladgroenkorrels kennen ook een membraan, de thylakoid, die is opgebouwd uit eiwitten en vetten. Hierin liggen verzamelingen van enkele honderden chlorofyl-moleculen ingebed, de zogenaamde fotosystemen, dit zijn eiwitten en moleculen die samen de energietoelevering verzorgen voor de fotosynthese. Ze functioneren als ‘antennes’, die lichtdeeltjes van de zon opvangen. Fotosystemen absorberen vooral blauw en rood licht; groen licht wordt juist verstrooid. Daarom zijn planten groen.

Als het fotosysteem een lichtdeeltje (foton) opvangt, wordt de lichtenergie overgenomen door een electron, dat daardoor in een hogere baan komt. Dit verschijnsel heet excitatie. Het electron, in deze toestand wordt daarom ook exciton genoemd. Het exciton kan door trillingen van molecuul naar molecuul springen en zo door het fotosysteem bewegen.

Afbeeldingsresultaat voor aangeslagen elektronAan Afbeeldingsresultaat voor thylakoïde

Aan één zijde van de thylakoïde-membraan bevindt zich een gespecialiseerd molecuul, dat het reactiecentrum wordt genoemd. Het reactiecentrum kan het exciton binden en daardoor ontstaat een elektrische spanning over de membraan. Het fotosysteem functioneert dus als een foto-elektrische cel, die met behulp van licht een elektronenstroom genereert.

Gerelateerde afbeeldingReactiecentrum

De elektronen worden toegeleverd aan de fotosynthese reactie. Een elektron binnen deze bladgroenkorrels worden door het zonlichtdeeltje aangeslagen en in een hoger baan gezet…..

zonlicht (UV) botst op electron, zo ontstaat licht

…..en krijgt daardoor meer energie die wordt gebruikt om door het fotosysteem heen te ‘springen’ opzoek naar een overbrugging. Dit is voor te stellen als een “doolhof van touwbruggen” die, als de exciton de weg weten te vinden, leiden tot het zogeheten ‘reactiecentrum’.

How light energy is harvested by a reaction centre chlorophyll molecule - http://biomoocnews.blogspot.hu/2012/10/daily-newsletter-october-8-2012.html

In dit reactiecentrum vindt uiteindelijk een reactie plaats waardoor de energie van het foton wordt omgezet in chemische energie. Het reactiecentrum is te vergelijken met een batterij dat wordt opgeladen. Er zijn 2 verschillende reacties:

  • Tijdens de lichtreactie is de energie van het zonlicht omgezet in chemische energie en ‘opgeslagen’ in de moleculen ATP en NADPH (als in een batterij).
    ATP wordt in cellen gebruikt voor de opslag van energie
    NADPH is een molecuul dat in een chemische reactie elektronen kan afstaan en elektronen levert voor diverse andere reacties.
  • Tijdens de donkerreactie, de Calvinreactie genoemd die lichtonafhankelijk is, wordt de opgeslagen energie gebruikt om koolstofdioxide uit de lucht (CO2) biochemisch om te zetten in glucose en zuurstof.
    Glucose is de bron van energie voor de plant zelf, maar ook voor alle organismen die van de plant eten. Glucose wordt gebruikt bij de verbranding. Bij de verbranding wordt glucose met behulp van zuurstof afgebroken. Hierbij komt de vastgelegde energie weer vrij, samen met water en koolstofdioxide. Er wordt dus geen energie gemaakt, maar uit glucose gehaald, maar energie wordt vrijgemaakt. De zuurstof komt hierbij vrij als reststof/afvalstof.

Het overbruggingsgebied is een ware nachtmerrie, want ‘je moet er zo snel mogelijk door het doolhof heen zien te springen’.  De sprongen nemen alle energie op uit de lichtfotonen van de zon.

How light energy is harvested by a reaction centre chlorophyll molecule - http://biomoocnews.blogspot.hu/2012/10/daily-newsletter-october-8-2012.html

  • Als het namelijk te lang duurt om het reactiecentrum te bereiken heeft het exciton te weinig tijd om op tijd te komen en is al de energie reeds opgenomen
  • Slechts 1 nanoseconde heeft het aangeslagen electron hier de tijd voor, dit is ’n miljardste seconde……

Fotosynthese is een uiterst nauwkeurig, bijna uitgekiend biologisch quantumproces op ultra kleine schaal in ’n extreem kort tijdbestek, weliswaar……in een warme en natte omgeving….

  • …..onze hersenen hebben er moeite mee om ons dit alles bewust te worden, terwijl dit “ingewikkelde” biologische proces gewoon ’n eigen onbewuste en vanzelfsprekende misschien wel eigen intuïtief verloop kent…..