Op het eerste gezicht lijkt de mengelmoes van elementen weinig overzichtelijk, maar volgens een handvol wiskundigen is hij beter dan de conventionele tabel.
Het hangt in elk scheikundelokaal; het periodiek systeem der elementen. De tabel, die dit jaar zijn 150ste verjaardag viert, heeft nog altijd veel weg van de eerste versie die scheikundigen Dmitri Mendelejev en Lothar Meyer jaren geleden voor het eerst op papier zetten.
Toch is niet iedereen het helemaal eens over deze indeling van de chemische elementen. Zo ook wiskundigen aan het Max Planck Instituut en de Leipzig-universiteit. Niet één rangschikking is de juiste, zo menen de onderzoekers. Daarom ontwikkelden ze een wiskundige methode die afhankelijk van bepaalde criteria telkens een passend periodiek systeem bouwt.
Lees ook:
Atoomgewicht
Het tabelvormig systeem, waar je tijdens je middelbare schoolperiode wellicht geregeld naar hebt zitten turen, kent zijn begin in 1860. In de vroege versies werden de elementen onder andere ingedeeld op basis van hun atoommassa. Tegenwoordig zijn ze gerangschikt op atoomnummer (de hoeveelheid protonen in hun kern), en het aantal elektronen in hun buitenste laag.
Niet één de juiste
Maar zoals met veel dingen is het eigenlijk best lastig de elementen in een hokje te plaatsen. Het is dan ook niet vreemd dat er de afgelopen 150 jaar een flinke hoeveelheid aan alternatieve versies van het periodiek systeem bedacht zijn, zoals een piramide, een spiraal en een driedimensionale bloem.
Maar ook veel van die versies delen de elementen in op basis van atoomnummer en elektronen. Dat zat de wiskundigen niet lekker. Want zelfs als we de perfecte indeling aan de hand van eigenschap a en b vinden, hoe zit het dan met c t/m z? Waarom, stelden ze, zouden we ze niet indelen op basis van elektronenverdeling, chemische eigenschappen, oplosbaarheid, of voorkomen in geologische afzettingen?
Hypergraaf
Die gedachtegang leidde tot de ontwikkeling van een wiskundig systeem waarmee afhankelijk van het criterium (lees: een specifieke eigenschap) een indeling gemaakt wordt. Elke andere rangschikking is gebaseerd op eenzelfde vorm; een zogenaamde hypergraaf (zie hierboven). Simply put behoren elementen met dezelfde kleur tot eenzelfde groep en duiden de lijnen daartussenin op overige overeenkomsten.
Of het onderzoek betekent dat het conventionele periodiek systeem der elementen uit het scheikundelokaal verdwijnt, zullen we moeten afwachten. Maar wie weet, misschien turen wetenschappers van de toekomst wel naar heel andere schema’s.
Het onderzoek werd gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.
Bronnen: Proceedings of the Royal Society A; Max-Planck-Gesellschaft, ScienceAlert
Beeld: Leal, W., & Restrepo, G. (2019)/Proceedings of the Royal Society A
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!