Jaksollinen järjestelmä – alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Jaksollinen järjestelmä

Jaksollinen järjestelmä esittää Maan alkuaineet tavalla, joka auttaa ennustamaan, miten eri aineet reagoivat keskenään. Tutustu jaksolliseen järjestelmään ja opi lisää maapallon alkuaineiden jaottelusta.

sunnuntai 5. marraskuuta 2017 teksti Berit Viuf

Jaksollinen järjestelmä

Alkuaineiden atomit ovat käsittämättömän pieniä, mutta niihin sisältyy valtavia voimia ja mitä ihmeellisimpiä ominaisuuksia.

Jotkin alkuaineet ovat kevyitä, toiset raskaita. Osa aineista on radioaktiivisia, osa taas äärimmäisen syttymisherkkiä. Jotkin reagoivat helposti toisten aineiden kanssa siinä missä toiset viihtyvät yksikseen.

Mikä jaksollinen järjestelmä on?

Kaikki maapallon alkuaineet on koottu jaksolliseen järjestelmään loogiseksi taulukoksi, joka antaa hyvän yleiskuvan eri aineiden ominaisuuksista.

Mihin jaksollista järjestelmää tarvitaan?

Ilman jaksollista järjestelmää olisi vaikea ennustaa ja ymmärtää monia asioita alkuaineista. Esimerkiksi sitä, miten helposti aineet reagoivat muiden kanssa, ovatko ne radioaktiivisia, jähmettyvätkö ne helposti tai ovatko ne vakaita vai epävakaita.

Perehdy upean universumimme yksityiskohtiin tilaamalla Tieteen Kuvalehti

Jaksollisella järjestelmällä on siksi erittäin suuri merkitys kehitettäessä uusia tekniikoita, uusia materiaaleja, lääkkeitä ja ruoka-aineita.

Ennen jaksollista järjestelmää

Ennen kuin jaksollinen järjestelmä otettiin käyttöön 1800-luvun lopulla, tunnettiin vain noin 60 alkuainetta. Sen ajan kemistien oli vaikea ymmärtää, miksi yksi alkuaine reagoi niin helposti jonkin toisen kanssa (esimerkiksi vety ja happi keskenään), kun taas toiset aineet vaikuttivat lähinnä hylkivän toisiaan.

Atomin osien fysiikkaa ei tunnettu

Atomit kyllä tunnettiin, mutta ei elektroneja, protoneja ja neutroneja. Siksi ei tiedetty mitään selitystä aineiden ominaisuuksille – niistä saatettiin vain tehdä havaintoja. Aineita yritettiin järjestää painon mukaan, mutta sillä ei näyttänyt olevan mitään merkitystä sen kannalta, miten ne käyttäytyivät.

Mendelejev järjesti alkuaineet

Vuonna 1869 venäläinen Dmitri Mendelejev julkaisi uuden taulukon alkuaineista. Hän oli – samoin kuin jotkut muut hänen aikansa kemistit – huomannut, että aineissa toistuivat tietynlaiset säännönmukaisuudet. Jos alkuaineet järjestettiin niiden painon mukaan, joka seitsemännellä aineella oli yhteisiä ominaisuuksia.

Mendelejevin taulukossa alkuaineet oli järjestetty atomipainon mukaan vaakasuorille riveille aina seitsemän ainetta kerrallaan (jaksot). Näin voitiin ryhmitellä aineet seitsemään pystysuoraan pääryhmään (ryhmät).

Mendelejev jätti järjestelmään aukkoja alkuaineille, joita ei vielä ollut löydetty. Kun uusia alkuaineita löytyi ja ne sopivat Mendelejevin taulukon aukkoihin, kemistit alkoivat vähitellen hyväksyä järjestelmän käyttöön. Jaksollinen järjestelmä oli syntynyt.

Jalokaasuista syntyi kriisi

Sitten havaittiin jalokaasujen olemassaolo. Niille ei ensin näyttänyt löytyvän paikkaa jaksollisesta järjestelmästä. Jalokaasut poikkeavat muista alkuaineista siinä suhteessa, että ne eivät juuri koskaan muodosta yhdisteitä muiden aineiden kanssa. Ongelma ratkaistiin lisäämällä jaksolliseen järjestelmään kahdeksas ryhmä.

Atomiteoria selitti paljon

Vasta vuonna 1913, kun Niels Bohr esitteli atomiteoriansa, saatiin teoreettinen selitys alkuaineiden käyttäytymiselle.

Bohrin teorian mukaan atomi koostui ytimestä, jossa oli protoneja ja joissakin tapauksissa myös neutroneja. Atomin paino riippui protonien ja neutronien määrästä. Alkuaineilla oli jaksollisessa järjestelmässä atomiluku eli järjestysluku, joka kertoi sen ytimessä olevan protonien lukumäärän.

Ytimen ympärillä kiersi elektroneja orbitaaleilla eli elektronikuorilla. Sisimmällä elektronikuorella saattoi kiertää korkeintaan kaksi elektronia ja ulommilla korkeintaan kahdeksan.

Elektroni ratkaisi monta ominaisuutta

Bohrin mallin mukaan uloimman elektronikuoren ollessa täynnä (toisin sanoen sen sisältäessä kahdeksan elektronia) aine oli hyvin vakaata eikä se juuri reagoinut muiden alkuaineiden kanssa. Kyseessä olivat juuri jalokaasut, jotka lisättiin Mendelejevin taulukkoon.

Seuraavalla aineella oli uusi elektronikuori, jossa oli yksi elektroni, ja se sai siten paikan jaksollisen järjestelmän uudessa jaksossa (vaakasuorassa rivissä).

Nykyään atomin elektronien ei katsota kiertävän elektronikuorilla järjestyneesti niin kuin planeetat kiertävät Aurinkoa, vaan niiden pikemminkin katsotaan muodostavan eräänlaisen värähtelevän elektroniverhon.

Jaksollinen järjestelmä nyt

Sitten vuoden 1869 jaksollinen järjestelmä ei ole muuttunut perusrakenteeltaan. Sitä on kuitenkin muokattu sitä mukaa kuin on tehty uusia havaintoja, ja nykyään puhutaan 18:sta alkuaineiden ryhmästä.

On myös saatu selville, että sisimpien elektronikuorten elektronien lukumäärä vaihtelee epäsäännöllisesti ja että elektronien spinillä eli pyörimismomentilla on merkitystä.

Järjestelmään on myös lisätty uusia alkuaineita sitä mukaa kuin niitä on löydetty. Luonnollisia alkuaineita on 94 – kevyimmästä vedystä (järjestysnumero 1) raskaimpaan plutoniumiin (94).

Uusia raskaita alkuaineita jaksolliseen järjestelmään

Tarkkaavainen lukija huomaa, että jaksollinen järjestelmä jatkuu nyt järjestyslukuun 118 saakka. Se johtuu siitä, että nykyään myös tuotetaan keinotekoisia alkuaineita, joilla on hyvin raskaat ytimet.

Raskaat alkuaineet ovat erittäin epävakaita, mutta ne saattavat osoittautua hyödyllisiksi. Siksi laboratorioissa pyritään tuottamaan yhä raskaampia uusia aineita.

Ei tiedetä, mihin numeroon jaksollinen järjestelmä aikanaan päättyy. Jotkut tutkijat arvelevat, että alkuaineesta numero 128 tulee viimeinen, toiset taas uskovat, että teoreettinen raja on vasta numerossa 173.

Lue lisää jaksollisen järjestelmän alkuaineista

Jaksollinen järjestelmä käsittää kaikki maapallon tunnetut alkuaineet. Lue lisää ihmeellisistä alkuaineista täältä.

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: