Alkuaineet

Maapallon alkuaineet

Maapallon alkuaineet ovat kemiallisia rakennuspalikoita, joista voidaan rakentaa kaikki. Ne koostuvat atomeista, jotka puolestaan koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Opi lisää alkuaineista, radioaktiivisista alkuaineista ja isotoopeista.

Mitä alkuaineet ovat?

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.

Mitä atomit ovat?

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.

Atomi

Alkuaineet koostuvat atomeista, jotka taas koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Atl text: Atomi

© Shutterstock

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.

Alkuaineet jaksollisessa järjestelmässä

Jaksollinen järjestelmä järjestää alkuaineet tavalla, jonka ansiosta on helppo nähdä, miten eri aineet reagoivat toistensa kanssa.

© Shutterstock

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 on isotooppi?

Kuten jo aiemmin mainittiin, samaan alkuaineeseen kuuluvissa atomeissa on aina sama määrä protoneja. Neutronien määrä sen sijaan voi vaihdella. Atomeja, joissa on sama määrä protoneja mutta eri määrä neutroneja, kutsutaan isotoopeiksi. Isotoopit voivat olla raskaampia tai kevyempiä kuin alkuperäinen alkuaine. Jos neutroneja on vähemmän, isotooppi on kevyempi, jos taas neutroneja on enemmän kuin normaalissa alkuaineessa, kyseessä on raskaampi isotooppi.

Saman alkuaineen eri isotoopeilla on samat kemialliset ominaisuudet. Jos ytimen protonien ja neutronien lukumäärässä on suuri epätasapaino, isotoopit voivat olla radioaktiivisia ja epävakaita, ja siten ne voivat hajota muiksi aineiksi. Tämän ominaisuuden ansiosta voidaan esimerkiksi hiilen radioaktiivisen isotoopin, hiili-14:n eli radiohiilen, avulla ajoittaa arkeologisia löytöjä.

Kevyimmällä alkuaineella, vedyllä, on vähiten isotooppeja eli niitä on kolme. Eniten isotooppeja on cesiumilla ja ksenonilla, kummallakin niitä on 36.

Hiili-14-menetelmällä on saatu selville, että Torinon käärinliinat eivät ole peräisin Jeesuksen kuoleman ajalta, vaan vuosilta 1260–1390.

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.

Lue myös:

Fysiikka

Kvanttihyppy

1 minuuttia
Jaksollinen järjestelmä – alkuaineiden jaksollinen järjestelmä
Jaksollinen järjestelmä

Tietoisku jaksollisesta järjestelmästä 4 minuutissa

5 minuuttia
Jaksollinen järjestelmä

Kaikki koostuu tähtipölystä

2 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!