Indsamling af det periodiske systems sjældneste grundstoffer: osmium, rhodium og iridium #IYPT2019
af Richard Herrington, leder af Earth Sciences
På Natural History Museum er vores arbejde baseret på videnskabelig indsamling til støtte for forskning i naturens verden. I vores samlinger har vi naturligt forekommende kemiske grundstoffer i mange forskellige former, forbindelser og kombinationer, så sammen med mange andre markerer vi 150 år siden det periodiske system blev offentliggjort i 1869 af den russiske kemiker Dmitri Mendelejev ved at fejre det internationale år for det periodiske system ved at fejre det internationale år for det periodiske system. Vi har til hensigt at dække alle grundstofferne i vores samlinger i en blog, startende med osmium, rhodium og iridium.
Hvorfor skal vi fejre det periodiske system? For millioner af mennesker er det øjeblikkeligt genkendeligt, en rationel og fascinerende måde at præsentere grundstofferne på, et ikon for kemi og videnskab i bredere forstand. I videnskabelige termer er det periodiske system en visuel og logisk præsentation af de kemiske grundstoffer på grundlag af deres atomvægt og fælles egenskaber. Mendelejev organiserede de kendte grundstoffer på en måde, der gjorde det muligt for ham at forudsige forekomsten af uopdagede grundstoffer. Selv om antallet af naturligt forekommende stabile grundstoffer er begrænset til 91 (uran er det tungeste naturlige grundstof, der findes i betydelige mængder på planeten), har forskere siden skabt yderligere kunstige forbigående radioaktive grundstoffer ved hjælp af kernefusion, og vi har nu et periodisk system, der indeholder mere end 100 grundstoffer.
Jorden er ikke en simpel homogen klode. Dens centrale kerne er omgivet af en kappe, som igen er omsluttet af jordskorpen. Inden for hvert af disse forskellige lag er grundstofferne ujævnt fordelt i forskellige materialer og bjergarter. Især findes grundstoffer i forskellige proportioner og kombinationer i særskilte kemiske forbindelser af unik sammensætning, forbindelser, som vi kalder mineraler. Den ydre del af Jorden, som vi lever på – jordskorpen – består af mineraler, der domineres af almindelige grundstoffer som silicium, aluminium, jern, calcium, kalium, natrium og magnesium i forbindelser med ilt og brint. Andre grundstoffer er meget sjældnere i jordskorpen og findes igen kun i meget specifikke mineraler på bestemte steder.
De mest sjældne grundstoffer i jordskorpen er metaller fra platin-gruppen. Disse er koncentreret i Jordens dybe kappe (op til 2.890 km under overfladen), men er også almindelige i metalliske meteoritter: fragmenter af primitivt planetarisk materiale. Disse metaller fra platinagruppen er så sjældne og kemisk inaktive, at de først blev isoleret fra de mineraler, der indeholdt dem, i begyndelsen af det 19. århundrede, hvor de britiske videnskabsmænd William Hyde Wollaston og Smithson Tennant udførte et vigtigt arbejde.
Samlingerne på Natural History Museum indeholder koncentrater af palladium (Pd), platin (Pt), osmium (Os) og iridium (Ir) – som sandsynligvis er knyttet til nogle af de tidligste arbejder, herunder Wollastons og Tennants opdagelse af disse grundstoffer i begyndelsen af 1800-tallet. Disse er i øjeblikket ved at blive undersøgt af vores kuratorer for at fastslå, hvordan disse prøver er kommet til samlingen, og hvor historisk betydningsfulde de virkelig er.
Osmium, rhodium og iridium er sandsynligvis de mest sjældne metaller, der findes i jordskorpen med gennemsnitlige koncentrationer på henholdsvis 0,0001, 0,0002 og 0,0003 vægtdele pr. million. Disse meget sjældne metaller er nu meget vigtige industrielt set og har meget høje priser, idet rhodium er det metal, der har den højeste pris og er mere end dobbelt så meget værd som guld.
Siden den første opdagelse af disse meget sjældne platinmetaller har forskning i NHM’s samlinger ved hjælp af de mest avancerede analyser stadig lejlighedsvis givet nye mineraler, der indeholder sådanne sjældne grundstoffer. De flygtige grundstoffer rhodium og iridium blev fundet i et mineral, der gemte sig i samlingen i 1983 af NHM-forskeren Alan Criddle. Alan navngav dette mineral bowieit efter Stanley Bowie, tidligere vicedirektør for det, der nu er British Geological Survey, og det eksemplar i NHM-samlingen, hvor det blev opdaget, bliver nu “typeeksemplar” (det endelige videnskabelige referenceeksemplar) for al anden forskning, der følger efter, hvad enten den foregår på museet, universiteter, forskningsinstitutter eller i industrien.