Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Jaksollinen järjestelmä – alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Jaksollinen järjestelmä – 9 minuutissa jyvälle alkuainetaulukosta

Jaksollisessa järjestelmässä on 118 alkuainetta. Sija 119 voi kuitenkin täyttyä pian. Maailman raskainta alkuainetta tehtaillaan laboratorioissa eri puolilla maailmaa.

Shutterstock

Ainetaulukko kasvaa

Vuoden 2015 lopulla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) eli kansainvälinen teoreettisen ja sovelletun kemian liitto julkaisi tiedon, josta tuli jymyuutinen kemian maailmassa.

Käytyään vuosien ajan läpi tutkimustuloksia ja tieteellisiä artikkeleita IUPAC virallisesti lisäsi alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään neljä uutta alkuainetta: numerot 113, 115, 117 ja 118.

Alkuaineen numero 113 löytänyt Nobel-palkittu hiukkastutkija Ryoji Noyori japanilaisesta Riken Nishina -tutkimuslaitoksesta oli innoissaan uutisesta.

”Tämä on tutkijalle arvokkaampi saavutus kuin kultamitali olympialaisissa.”

Kyseessä oli todellakin poikkeuksellinen saavutus. Neljä uutta tulokasta olivat ensimmäiset jaksolliseen järjestelmään lisätyt alkuaineet vuoden 2011 jälkeen. Lisäksi jaksollinen järjestelmä on nyt aukoton ensimmäistä kertaa historiassa.

VIDEO: Näin superraskaita alkuaineita luodaan ja mitataan

Alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään lisätään uusia alkuaineita sitä mukaa kuin laboratorioissa luodaan uusia superraskaita alkuaineita. Videolla yhdysvaltalaisen Lawrence Berkeley -tutkimuslaitoksen kemistit kertovat, miten raskaita alkuaineita luodaan ja mitataan.

Kuka keksi jaksollisen järjestelmän?

Nykyisen alkuaineiden luokittelujärjestelmän kehitti venäläinen kemisti Dmitri Mendelejev vuonna 1869. Silloin tunnettiin vain 63 alkuainetta.

Mendelejev huomasi, että kun alkuaineet pantiin järjestykseen niiden painon mukaan, joka seitsemännellä niistä oli samanlaisia ominaisuuksia.

Niin hän piirsi kirjekuoren kääntöpuolelle taulukon, jossa alkuaineet oli ryhmitelty 18 sarakkeeseen sen mukaan, mitä yhtäläisyyksiä niiden kemiallisissa reaktioissa oli.

Taulukon seitsemän vaakasuoraa riviä olivat niin sanottuja jaksoja, joihin alkuaineet sijoitettiin sen mukaan, miten monella kuorella aineiden atomeissa oli elektroneja.

Ne kohdat taulukossa, joihin sopivia alkuaineita ei vielä ollut löydetty, Mendelejev jätti tyhjiksi.

Kun myöhemmin löydettiin uusia alkuaineita, jotka sopivat Mendelejevin taulukkoon, hänen järjestelmästään tuli vähitellen yleisesti hyväksytty.

Jaksollisen järjestelmän kehittäjä Dmitri Mendelejev

Dmitri Mendelejev kehitti jaksollisen järjestelmän vuonna 1869. Vuonna 1955 alkuaine numero 101 nimettiin hänen mukaansa mendeleviumiksi.

© Wikimedia Commons

On vain ajan kysymys, milloin jaksollista järjestelmää pitää laajentaa edelleen.

Tutkimusryhmät eri puolilla maailmaa kilpailevat siitä, mikä niistä ehtii ensimmäisenä esittelemään alkuaineen numero 119.

Mitä alkuainetaulukon numerot tarkoittavat?

Alkuaineiden ominaisuudet saivat teoreettisen selityksen vasta vuonna 1913, kun tanskalainen fyysikko Niels Bohr esitteli atomiteoriansa.

Bohrin teorian mukaan atomilla on ydin, jossa on protoneja ja joskus myös neutroneja.

Atomin paino riippuu ytimessä olevien protonien ja neutronien määrästä. Alkuaineet asetettiin järjestykseen jaksolliseen järjestelmään sen mukaan, miten monta protonia niiden ytimessä on. Aineen järjestysluku ilmaisee protonien määrän.

Kevyin alkuaine on vety, jonka järjestysluku on 1. Sillä on siis ytimessään yksi protoni. Raskain luonnossa esiintyvä alkuaine on plutonium, jolla on ytimessään 94 protonia. Siispä sen järjestyslukukin on 94.

Plutonium lisättiin jaksolliseen järjestelmään yhdessä neptuniumin (järjestysluvultaan 93) kanssa vuoden 1940 lopulla, kun Kalifornian yliopiston tutkijat onnistuivat tuottamaan aineet pommittamalla uraania neutroneilla ja raskaan vedyn ytimillä.

Luonnosta plutoniumia ja neptuniumia löydettiin vasta monta vuotta myöhemmin.

KATSAUS: Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Jaksollinen järjestelmä

Jaksollisessa järjestelmässä alkuaineet on ryhmitelty ja järjestetty atomipainon mukaan. Jaksollinen järjestelmä koostuu ryhmistä ja jaksoista. Pääryhmät 1-18 vastaavat taulukon pystysuoria sarakkeita. Vaakasuorat rivit ovat jaksoja. Saman ryhmän alkuaineilla on samankaltaiset kemialliset ominaisuudet. Esimerkiksi kaikki pääryhmä 18:n alkuaineet ovat jalokaasuja ja ryhmän 17 alkuaineet ovat halogeeneja. Jaksoihin alkuaineet sijoitetaan sen mukaan, miten monella kuorella niiden atomiytimen ympärillä on elektroneja. Kaikilla saman jakson alkuaineilla on yhtä monta elektronikuorta käytössä.

© Shutterstock

Mihin jaksollista järjestelmää voi käyttää?

Jaksollisen järjestelmän ryhmittelyn ansiosta on helppo nähdä, miten alkuaineet reagoivat keskenään. Esimerkiksi natrium on räjähdysherkkää ja kloori myrkyllistä, mutta yhdessä ne muodostavat natriumkloridia, joka on hyvinkin hyödyllinen yhdiste. Se on nimittäin ruokasuolaa.

Tieto alkuaineiden keskinäisistä reaktioista on ollut äärimmäisen tärkeää tekniikan, uusien materiaalien, lääkkeiden ja ravintoaineiden kehittämiselle.

Monet huipputekniset tuotteet, joista on tullut osa arkea, perustuvat tiettyjen alkuaineiden ominaisuuksiin. Tällaisia ovat esimerkiksi litteät näytöt ja aurinkokennot, joissa on indiumia ja galliumia, älypuhelimet, joiden komponenteissa on tantaalia, ja polttokennot, joihin käytetään platinaa.

Kaiken nykyelektroniikan tärkein alkuaine on pii. Se on niin sanottu puolijohde, eli sen sähkönjohtavuus on jossakin metallin (kuten kuparin) ja eristeen (kuten lasin) välimaastossa. Puolijohteita käytetään muun muassa transistoreissa, aurinkokennoissa, valodiodeissa ja tietokoneiden ja puhelimien virtapiireissä.

Monet elektroniikassa käytettävät alkuaineet ovat niin harvinaisia, että ne eivät ehkä riitä, jos elektroniikan tuotanto kasvaa tulevaisuudessa. Ongelma saatetaan ratkaista kehittämällä keinotekoisia alkuaineita. Keinotekoisia alkuaineita ovat ne, joiden järjestysluku on 94 tai sitä suurempi.

Jaksollisen järjestelmän viisi uusinta alkuainetta

  • Nihonium (Nh), nro 113
    Nihoniumin löysi japanilainen tutkijaryhmä vuonna 2004. Nimen kantasana on Nihon, joka on Japani japaniksi. Nihonium lisättiin jaksolliseen järjestelmään vuonna 2015.

  • Moskovium (Mc), nro 115
    Moskoviumin löysi venäläis-yhdysvaltalainen tutkijaryhmä vuonna 2003. Se lisättiin virallisesti jaksolliseen järjestelmään vuonna 2015. Nimen taustalla on Moskovan alue, missä sijaitsevassa Dubnan kaupungissa on Venäjän ydinfysiikan tutkimuskeskus.

  • Tennessiini (Ts), nro 117
    Tennessiinin löysivät yhdysvaltalaiset ja venäläiset tutkijat vuonna 2010. Jaksolliseen järjestelmään se liitettiin viisi vuotta myöhemmin. Se on nimetty USA:n osavaltion Tennesseen mukaan, sillä sen löytäneessä ryhmässä oli mukana Tennesseessä sijaitsevan Oak Ridgen tutkimuskeskuksen tutkijoita.

  • Oganesson (Og), nro 118
    Oganessonin löysi yhdysvaltalais-venäläinen tutkijatiimi vuonna 2002, ja se otettiin mukaan jaksolliseen järjestelmään vuonna 2015. Se on nimetty venäläisen fyysikon Juri Oganesjanin mukaan.

  • Livermorium (Lv), nro 116
    Löydettiin vuonna 2000 ja lisättiin jaksolliseen järjestelmään vuonna 2011 yhdessä fleroviumin (järjestysluku 114) kanssa. Syy siihen, että alkuaineet 114 ja 116 löydettiin ennen kuin 113 ja 115, on se, että alkuaineet, joilla on parillinen määrä protoneja, ovat hitusen vakaampia kuin ne, joiden protonimäärä on pariton. Siksi niitä on helpompi tuottaa.

Keinotekoiset alkuaineet pidentävät jaksollista järjestelmää

Raskaita alkuaineita käytetään niin palohälyttimissä (amerikium) kuin ydinaseissakin (plutonium). Keinotekoisesti valmistetut superraskaat alkuaineet hajoavat kuitenkin sekunnin murto-osassa, joten niille ei ole löydetty käytännön sovelluksia.

On epävarmaa, milloin saadaan aikaan niin vakaita keinotekoisia superraskaita alkuaineita, että niitä voidaan käyttää uusissa materiaaleissa. Uusia, järjestysnumeroltaan yhä suurempia alkuaineita kehitellään kuitenkin koko ajan.

Näin syntyy uusi keinotekoinen alkuaine

Uusia superraskaita alkuaineita syntyy, kun hiukkaskiihdyttimessä törmäytetään kevyempiä atomiytimiä niin, että ne sulautuvat yhteen. Törmäyttäminen vaatii suurta tarkkuutta ja paljon kärsivällisyyttä, ennen kuin ytimet sulautuvat.

Japanissa Riken-tutkimuskeskuksessa etsitään jo täyttä päätä alkuainetta numero 119. Se on saanut väliaikaisen nimen ununennium.

Rikenin johtaja Hideto En’yo uskoo, että alkuaineet 119 ja 120 löydetään vuoteen 2023 mennessä. Jos näin käy, jaksollisessa järjestelmässä alkaa uusi, kahdeksas jakso.

Jaksollinen järjestelmä: alkuaineiden ennätykset

Jotkin alkuaineet erottuvat joukosta äärimmäisillä mutta hyödyllisillä ominaisuuksillaan.

  • Elohopea – vikkeläliikkeisin metalli

    Elohopean järjestysluku on 80. Se on ainoa metalli, joka on juoksevaa huoneenlämmössä. Tämän ominaisuuden ansiosta sillä onkin ollut erityinen asema metallien joukossa läpi historian.

    Elohopeaa on löydetty muun muassa 3 500 vuotta vanhoista egyptiläisistä haudoista. Antiikin aikana sitä käytettiin yleisesti sekä lääkkeenä että kosmetiikan raaka-aineena. Seuraukset olivat traagiset, sillä elohopea on äärimmäisen myrkyllistä.

    Elohopealle on kuitenkin löydetty hyötykäyttöä muun muassa lämpö-, ilmanpaine- ja verenpainemittareissa. Hohtavan kiiltävää elohopeaa käytetään myös teleskooppien peileissä.

  • Teknetium – ensimmäinen keinotekoinen alkuaine

    Teknetiumin järjestysnumero on 43. Se oli ensimmäinen alkuaine, jota valmistettiin keinotekoisesti. Sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia ja hajoavat siksi nopeasti.

    Teknetiumin kemialliset ominaisuudet päätteli jaksollisen järjestelmän kehittäjä Dmitri Mendelejev, mutta sitä onnistuttiin valmistamaan vasta vuonna 1936. Sitä tuottivat ensimmäisenä italialaisen Palermon yliopiston tutkijat.

    Nimi teknetium on johdettu kreikan sanasta technètos, joka tarkoittaa keinotekoista.

  • Neodyymi – puoleensavetävin alkuaine

    Neodyymi on hopeanharmaa metalli, jonka järjestysluku on 60.

    Neodyymistä valmistetaan maailman voimakkaimpia magneetteja, joita käytetään tietokoneiden kiintolevyissä, kuulokkeissa ja tuulivoimaloiden komponenteissa.

  • Vety – yleisin ja kevyin alkuaine

    Vety on jaksollisen järjestelmän kevyin alkuaine. Siksi sen järjestysluku on 1. Se on myös alkuaineista kaikkein yleisin. Noin 75 prosenttia kaikesta maailmankaikkeuden massasta on vetyä.

    Vety on yhdessä heliumin kanssa maailmankaikkeuden vanhin alkuaine. Se syntyi alkuräjähdyksessä. Sitä raskaammat alkuaineet ovat syntyneet tähdissä.

    Vetyä esiintyy runsain mitoin myös maapallolla. Jokaisessa vesimolekyylissä on kaksi vetyatomia. Noin 60 prosenttia ihmisen elimistön atomeista on vetyatomeja.

Lue myös:

Jaksollinen järjestelmä

ETÄKOULU: Näin alkuaineet ovat syntyneet

5 minuuttia
Element 115
Jaksollinen järjestelmä

Jaksollinen järjestelmä - Tutkijat valmistivat uutta alkuainetta

0 minuuttia
Jaksollinen järjestelmä

Näin jaksollinen järjestelmä syntyi

12 minuuttia

Kirjaudu sisään

Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
Näytä Piilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!

Nollaa salasana

Syötä sähköpostiosoitteesi, niin saat ohjeet salasanasi nollaamiseksi.
Tarkista sähköpostiosoite

Tarkista sähköpostisi

Olemme lähettäneet sinulle sähköpostia osoitteeseen . Siinä on ohjeet, joiden avulla voit nollata salasanasi. Jos et ole saanut sähköpostia, tarkista, että se ei ole joutunut roskapostin joukkoon.

Anna uusi salasana.

Nyt sinun pitää antaa uusi salana. Salasanassa pitää olla vähintään 6 merkkiä. Kun olet luonut uuden sanasanan, sinua pyydetään kirjautumaan sisään palveluun.

Salasana vaaditaan
Näytä Piilota