door Richard Herrington, hoofd Aardwetenschappen

Bij het Natural History Museum is ons werk gebaseerd op wetenschappelijk verzamelen om het onderzoek naar de natuurlijke wereld te ondersteunen. In onze collecties hebben we in de natuur voorkomende chemische elementen in veel verschillende vormen, verbindingen en combinaties. Daarom vieren we samen met vele anderen het Internationale Jaar van het Periodiek Systeem, 150 jaar na de publicatie van het periodiek systeem in 1869 door de Russische chemicus Dmitri Mendelejev. We streven ernaar alle elementen in onze collecties in een blog te behandelen, te beginnen met osmium, rhodium en iridium.

Waarom moeten we het periodiek systeem vieren? Voor miljoenen mensen is het onmiddellijk herkenbaar, een rationele en intrigerende manier om de elementen voor te stellen, een icoon voor de chemie en de wetenschap in het algemeen. In wetenschappelijke termen is het periodiek systeem een visuele en logische voorstelling van de chemische elementen op basis van hun atoomgewicht en hun gemeenschappelijke eigenschappen. Mendelejev ordende de bekende elementen op een manier die hem in staat stelde het voorkomen van onontdekte elementen te voorspellen. Hoewel het aantal natuurlijk voorkomende stabiele elementen beperkt is tot 91 (Uranium is het zwaarste natuurlijke element dat in significante hoeveelheden op de planeet voorkomt), hebben wetenschappers sindsdien nog meer kunstmatige voorbijgaande radioactieve elementen gecreëerd met behulp van kernfusie en beschikken we nu over een periodiek systeem dat meer dan 100 elementen bevat.

De aarde is geen eenvoudige homogene aardbol. De centrale kern is omgeven door een mantel, die op zijn beurt wordt omgeven door de korst. Binnen elk van deze verschillende lagen zijn elementen ongelijkmatig verdeeld over verschillende materialen en gesteenten. In het bijzonder worden elementen gevonden in verschillende verhoudingen en combinaties binnen onderscheidende chemische verbindingen van unieke samenstelling, verbindingen die wij mineralen noemen. Het buitenste deel van de aarde waarop wij leven – de korst – bestaat uit mineralen die worden gedomineerd door gewone elementen zoals silicium, aluminium, ijzer, calcium, kalium, natrium en magnesium in verbindingen met zuurstof en waterstof. Andere elementen zijn veel zeldzamer in de korst en worden weer alleen gevonden in zeer specifieke mineralen op bepaalde plaatsen.

De zeldzaamste elementen in de aardkorst zijn de platinagroep-metalen. Deze zijn geconcentreerd in de diepe mantel van de aarde (tot 2.890 km onder het oppervlak), maar komen ook veel voor in metallische meteorieten: fragmenten van primitief planetair materiaal. Deze platinagroep-metalen zijn zo zeldzaam en zo chemisch inert dat zij pas aan het begin van de 19e eeuw werden geïsoleerd uit de mineralen die ze bevatten, waarbij belangrijk werk werd verricht door de Britse wetenschappers William Hyde Wollaston en Smithson Tennant.

De collecties van het Natural History Museum bevatten concentraten van palladium (Pd), platina (Pt), osmium (Os) en iridium (Ir) – die waarschijnlijk verband houden met enkele van de vroegste werkzaamheden, waaronder de ontdekking van deze elementen door Wollaston en Tennant aan het begin van de 19e eeuw. Deze worden momenteel door onze conservatoren onderzocht om vast te stellen hoe deze monsters in de collectie terecht zijn gekomen en hoe historisch belangrijk ze werkelijk zijn.

Osmium, rhodium en iridium zijn waarschijnlijk de zeldzaamste metalen die in de aardkorst worden aangetroffen met gemiddelde concentraties van respectievelijk 0,0001, 0,0002 en 0,0003 gewichtsdelen per miljoen. Deze zeer zeldzame metalen zijn nu zeer belangrijk voor de industrie en er worden zeer hoge prijzen voor betaald, waarbij rhodium het hoogst geprijsde metaal is met een waarde van meer dan twee keer de waarde van goud.

Sinds de eerste ontdekking van deze uiterst zeldzame platina-groep metalen, levert onderzoek in de collecties van het NHM met behulp van state-of-the-art analyse nog steeds af en toe nieuwe mineralen op die dergelijke zeldzame elementen bevatten. De ongrijpbare elementen rhodium en iridium werden gevonden in een mineraal dat zich in 1983 in de collectie verborg door de NHM onderzoeker, Alan Criddle. Alan noemde dit mineraal bowieiet naar Stanley Bowie, voormalig assistent-directeur van wat nu de British Geological Survey is, en het specimen in de NHM-collectie waarin het werd ontdekt, wordt nu het ’type specimen’ (het definitieve wetenschappelijke referentie specimen) voor al het andere onderzoek dat volgt, hetzij in het Museum, universiteiten, onderzoeksinstituten of de industrie.