Mitä alkuaineet ovat?
Kaikki Maassa on rakennettu kemiallisista rakennuspalikoista, alkuaineista. Esimerkiksi meidän elimistössämme on muun muassa happea, vetyä ja hiiltä.
Alkuaine koostuu atomeista, joilla kaikilla on ytimessään sama määrä protoneja. Atomit sisältävät lisäksi neutroneja ja elektroneja. Protonien ja neutronien lukumäärä ratkaisee atomin painon.
Lisäksi alkuaineet ovat saaneet järjestysnumeronsa sen mukaan, kuinka monta protonia atomin ytimessä on.
Alkuaineiden jaksollisen järjestelmän rakenne perustuu tähän numeroon. Esimerkiksi hiili, jonka atomien ytimessä on kuusi protonia, on jaksollisessa järjestelmässä järjestysnumeroltaan 6.
Mikä on atomin määritelmä?
Niels Bohr esitteli vuonna 1913 atomiteoriansa. Se kuvasi atomin koostuvan ytimestä, joka sisälsi yhden tai useampia protoneja. Ytimessä oli usein myös yksi tai useampia neutroneja. Atomin paino riippui protonien ja neutronien määrästä. Alkuaineet numeroitiin sen mukaan, miten monta protonia niiden atomin ytimessä oli. Alkuaineen järjestysnumeroa sanotaan myös sen atomiluvuksi.
Bohrin mallin mukaan ytimen ympärillä oli tietty määrä elektronikuoria eli orbitaaleja, jotka järjestivät elektronit paikoilleen. SIsimmällä kuorella oli 'paikka' kahdelle elektronille ja ulommilla kuorilla korkeintaan kahdeksalle.
Kun uloin kuori oli täynnä, toisin sanoen siellä oli kaikki kahdeksan elektronia, aine oli vakaa eikä se juuri reagoinut toisten alkuaineiden kanssa. Jalokaasuilla uloin elektronikuori oli täynnä, ja ne olivat siksi erittäin vakaita.
Niels Bohrin atomiteoria pätee yhä nykyäänkin. Nykykäsityksen mukaan tosin atomin elektronit eivät kierrä elektronikuorilla järjestyneesti, vaan ne pikemminkin muodostavat eräänlaisen värähtelevän elektroniverhon.
Montako alkuainetta on olemassa?
Alkuaineita on kaikkiaan 118. Niistä 92:ta ainetta esiintyy luonnossa ja loput ovat keinotekoisesti valmistettuja.
Kaikki alkuaineet voivat reagoida ja muodostaa kemiallisia sidoksia miljoonalla erilaisella tavalla. Vesi, H2O, on esimerkki kemiallisesta yhdisteestä, jossa kaksi vetyatomia on reagoinut yhden happiatomin kanssa.
Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä esittää alkuaineiden järjestysnumerot, kemialliset ominaisuudet ja kyvyn muodostaa kemiallisia yhdisteitä.
Radioaktiiviset alkuaineet
Tietyt alkuaineet ovat ominaisuuksiltaan radioaktiivisia. Näillä alkuaineilla on atomiytimessään liian monta neutronia suhteessa protonien lukumäärään. Tämä tekee atomeista epävakaita, ja vakauden palauttamiseksi ne lähettävät säteilyä – eli hajoavat.
Säteilyä on kolmea eri tyyppiä:
- Alfasäteily
- Beetasäteily
- Gammasäteily
Radioaktiivisten aineiden vaarallisuus perustuu niiden lähettämään säteilyyn, jossa on niin paljon energiaa, että säteily voi irrottaa atomeista ja molekyyleistä elektroneja. Tällöin atomeista ja molekyyleistä tulee sähköisesti varautuneita eli niistä tulee ioneja. Jos koko keho, elimistö tai jotkin solut altistuvat radioaktiiviselle säteilylle, niissä voi syntyä vaurioita.
Mikä alkuaineista tunnettiin ensin?
Alkuaineista esimerkiksi kulta, hopea, lyijy ja elohopea on tunnettu vuosisatoja jollei -tuhansia, eikä niiden ”keksijää” tunneta.
Ensimmäiset varmat historialliset todisteet jonkin alkuaineen tietoisesta havaitsemisesta ovat vuodelta 1669. Tuolloin saksalainen alkemisti ja kauppias Henning Brand löysi fosforin. 1600-luvun alkemistit etsivät keinoja tehdä kultaa. Tästä syystä he olivat kiinnostuneita luonnossa esiintyvistä keltaisista aineista, koska niiden uskottiin sisältävän kultaa. Brand muun muassa haihdutti omaa virtsaansa ja tislasi siitä jääneen kuiva-aineen. Kun höyry tiivistyi jälleen, astia ei sisältänytkään kultaa vaan vaaleaa vahamaista ainetta, joka hohti pimeässä. Brand nimesi aineen fosforiksi loistavaa tarkoittavan kreikan kielen sanan mukaan.
Vaikka Brand ei keksinyt tapaa tuottaa kultaa, hänen keksintönsä auttoi häntä rikastumaan. Hän nimittäin myi tiedon fosforin valmistustavasta kalliilla hinnalla saksalaiselle lääkärille Johannes Daniel Krafftille, joka puolestaan ansaitsi rahaa esittelemällä itsestään hohtavaa ainetta Euroopan hoveissa.
Nykyaikaisen kemian isänä pidetään ranskalaista Antoine Lavoisier’ta, joka teki kokeita 1770-luvulla. Seuraavan sadan vuoden aikana löydettiin kymmenittäin alkuaineita, joita myös pyrittiin luokittelemaan.