Grunnstoffene som forandret verden

Helt nye vitenskapsgrener har blitt til i takt med oppdagelser av nye grunnstoffer, som da oppdagelsen av de radioaktive grunnstoffene sprengte grensene for datidens kunnskap og fødte kjernefysikken og -kjemien. Dette er noen av stoffene som har forandret hvordan vi ser på verden.

Livets luft

Spørsmålet om hva luft egentlig er, har en særlig viktig plass i historien om hvordan vi forstår grunnstoffer og periodesystemet. Tidlig på 1700-tallet ble luft fortsatt sett på som én enhet, ikke som en blanding av stoffer (gasser). Fram til da hadde ikke luft i særlig grad vært gjenstand for kjemiske undersøkelser. Oppfinnelsen av et apparat som kunne samle opp gass i en beholder ble starten for en mer omfattende interesse for kjemiske studier av luft. Den engelske dissenterpresten og naturforskeren Joseph Priestley er en av de fremste representantene for denne tradisjonen. Mellom 1772 og 1780 oppdaget han en rekke typer luft (gasser), deriblant oksygen og ammoniakk.

Ideen om forbrenning som reaksjon med luft dannet etter hvert grunnlaget for en ny, reformert kjemi, som den franske kjemikeren Antoine Lavoisier og hans støttespillere arbeidet hardt for å erstatte med datidens teori. I tillegg til en forståelse av en rekke kjemiske fenomener som forbrenning og syredannelse, rommet den nye kjemien en helt ny forståelse av hva et grunnstoff var – nemlig et «enkelt» stoff, noe som ikke kunne reduseres til noe enklere gjennom kjemisk analyse. Trettitre slike «enkle» stoffer ble presentert i en oversiktstabell i 1789. Blant disse finner vi noen kjente metaller og ikke-metaller, men også sammensatte stoffer, samt lys og varmestoff.

Lavoisier kan imidlertid ha blitt slått med innsikten om grunnstoffer av en gruppe svenske forskere.

Svenskenes kobolt

I Sverige fantes det en gruppe mineralog-kjemikere som var skeptiske til gamle teorier om materiens sammensetning. Disse mineralog-kjemikerne arbeidet ved det såkalte Bergskollegiet, den myndighet som hadde ansvar for å kontrollere gruvenæringen og metallforedlingen i Sverige. De gjorde det til sin oppgave å finne metaller i mineraler, bestemme deres egenskaper og sammenligne dem med egenskapene til kjente metaller. En av mineralogkjemikerne var Georg Brandt. I 1735 ga han ut en avhandling med tittelen Dissertatio de semimetallis, hvor han undersøkte det han kalte «semimetaller» systematisk. Brandt definerte semimetaller som stoffer med form, farge og vekt slik som metallene, men som til forskjell fra hel-metallene ikke var smibare.

Kobolt var et av semimetallene Brandt undersøkte. Den svenske vitenskapshistorikeren Hjalmar Fors har pekt på at debattene rundt kobolt og metaller ved Bergskollegiet var selve begynnelsen på utviklingen av et moderne grunnstoffbegrep. De svenske mineralog-kjemikerne så på metaller og semimetaller som de reneste av stoffer. De kunne ikke brytes ned til andre stoffer, slik som blant annet en del jordarter og glass kunne. Ideen om at et grunnstoff er et stoff som ikke kan brytes ned i enklere deler gjennom kjemisk analyse, som Lavoisier definerte i 1789, hadde altså blitt lansert mer enn femti år tidligere av svenske mineraloger.

Til forskjell fra kobolt, var mange metalliske grunnstoffer kjent fra oldtiden. Karbon er ett annet av stoffene som har vært kjent fra gammelt av.

Karbon overrasker

Grunnstoffet karbon finnes i naturen i så ulike former som diamant og grafitt, noe som har vært kjent i hundrevis av år. Svært få hadde sett for seg at forskere skulle finne en helt ny naturlig variant av et så godt kjent grunnstoff. Men det var akkurat det som skjedde på 1980-tallet da en gruppe forskere med Harold Kroto, Robert Curl og Richard Smalley i spissen, etterlignet forholdene i karbonrike stjerner i et laboratorium på jorda. I eksperimentene deres ble det produsert en ukjent forbindelse som syntes å bestå av 60 karbonatomer. Etter noen døgn med kreative forsøk på å finne strukturen, deriblant klipp og lim av papir, kom de fram til at molekylet de hadde funnet måtte være formet som en fotball. Senere har andre forskere funnet fotballmolekylet, eller buckminsterfulleren, i store mengder i rommet. Oppdagelsen åpnet opp en hel ny gren av karbonforbindelser kalt fullerener. Forskning på disse og lignende forbindelsene har siden blitt viktige i nanoteknologien.

De supertunge kunstige

Uran, med 92 protoner i kjernen, er det tyngste grunnstoffet som finnes naturlig på jorda. Mennesker har likevel ikke gitt seg med dette, men har utvidet periodesystemet med 26 kunstig produserte grunnstoffer. Oganesson med 118 protoner er det foreløpig tyngste atomet som er produsert. Målet for denne forskningen er å utforske grensene for periodesystemet, og få svar på spørsmål som hvor tung en atomkjerne kan bli. Vil nye grunnstoffer også følge reglene i periodesystemet?

I boka «Periodesystemet – fra alkymi til kjernekjemi» skriver vi om hvordan grunnstoffene kan være både mordvåpen og medisin, at de kan føre til naturkatastrofer, men også gi løsning på klimakrisa. Hvem vet hvilke vitenskapelige oppdagelser og ukjente teknologier periodesystemet vil gi oss i framtida?

UA gjør oppmerksom på at Unni Eikeseth er påtroppende leder av avisas redaksjonsråd.