Kaikki koostuu tähtipölystä

Tulikuumassa alkuräjähdyksen jälkeisessä kaaoksessa syntyivät ensimmäiset alkuaineet. Sittemmin ovat tähdet tuottaneet muut luonnon aineet, joista ihmiset ja kaikki se, mihin jokapäivän elämässämme törmäämme, koostuvat. Nyt tutkijat ovat jatkaneet siitä, mihin luonto jäi: laboratorioissa on luotu yhä uusia aineen rakennuspalikoita. Tutustu tästä kaikkien alkuaineiden syntyyn.

ALKUAINEET 1–3: Alkuräjähdys

Alkuräjähdys tuotti kevyimmät alkuaineet

Alkuainetaulukon kolme ensimmäistäainetta syntyivät maailmankaikkeuden 20 ensimmäisen minuutin aikana. Hehkuvan kuumassa avaruudessa suihkivista
alkeishiukkasista muodostui valtavasti vetyä ja heliumia ja hitunen litiumia.

  • Kaikki alkoi alkuräjähdyksestä

    Maailmankaikkeus syntyi, kun pieni. äärettömän tiivis ja kuuma kappale ainetta ja energiaa laajeni räjähdysmäisesti.

  • Alkeishiukkaset lilluivat alkukeitossa

    Alkeishiukkaset uivat sinne tänne niin sanotussa kvarkki-gluoniplasmassa, koska kuumuus esti niitä yhdistymästä.

  • Kvarkit liittyivät yhteen ydinhiukkasiksi

    Vähitellen kaikkeus jäähtyi sen verran, että syntyi kolmen kvarkin liittoja, joista muodostui atomiydinten protoneja ja neutroneja.

  • Ensimmäiset atomiytimet syntyivät

    Protonit ja neutronit yhdistyivät heliumin ja litiumin positiivisesti varautuneiksi atomiytimiksi. Vedyn ydin taas muodostui pelkästä protonista.

  • Atomiytimet sieppasivat elektronit

    Kun lämpöä oli enää noin 3 000 astetta, positiiviset ytimet saivat ympärilleen negatiivisia elektroneja. Ensimmäiset atomit syntyivät.

ALKUAINEET 4–94: Tähdet

Tähdet loivat luonnon rakennusaineet

Avaruus on täynnä huipputehokkaita ydinreaktoreita, tähtiä. Niiden eläessä, kuollessa ja törmätessä toisiinsa syntyvät aineet, joista kaikki oleva muodostuu.

Atomit sulavat yhteen tähden sisuksissa

Kun tähden kuumassa ytimessä vetyatomit fuusioituvat eli sulautuvat yhteen, syntyy heliumatomeja. Kun vety loppuu, helium alkaa fuusioitua hiileksi, jos lämpötila on kyllin korkea. Prosessi jatkuu, ja joka vaiheessa syntyy raskaampi alkuaine. Raskain alkuaine, joka voi syntyä fuusiossa, on rauta.

M. Kornmesser/ESO

Supernova synnyttää raskaita aineita

Kun suurimpien tähtien polttoaine eli atomit, jotka voisivat fuusioitua, loppuvat, tähdet romahtavat ja hajoavat supernovaräjähdyksinä. Räjähdyksessä vapautuva energia on niin suuri, että atomiytimet yhdistyvät vielä raskaammiksi aineiksi, jotka leviävät avaruuteen.

NRAO/AUI/NSF and G. Dubner (University of Buenos Aires)/ESA/NASA

Jalometallit tulevat kosmisista kolareista

Joidenkin supernovien jäljiltä syntyy neutronitähti eli hyvin tiivis, vain parikymmentä kilometriä leveä tähti, joka painaa enemmän kuin Aurinko. Raskaimmat alkuaineet, muun muassa useimmat jalometallit, ovat syntyneet neutronitähtien törmätessä toisiinsa.

Boori ja beryllium syntyvät tähtien säteilystä

Boori ja beryllium ovat alkuaineita, jotka syntyvät muun muassa supernovien lähettämästä kosmisestä säteilystä.

Shutterstock/Lotte Fredslund

Kun säteilyn sisältämät suurienergiaiset hiukkaset, kuten protonit, osuvat hiili-,typpi- tai happiatomeihin, näiden ytimet hajoavat ja syntyy booria tai berylliumia.

ALKUAINEET 95–118: TUTKIJAT

Tutkijat jatkavat alkuainetaulukkoa

Tutkijat jatkavat alkuräjähdyksen ja tähtien työtä hiukkaskiihdyttimissä. Niissä luodaan uusia raskaita alkuaineita sulauttamalla kevyempiä atomiytimiä yhteen. Uuden alkuaineen synnyttäminen on pitkä urakka.

1. Atomeja kiihdyttimeen

Jos halutaan valmistaa esimerkiksi alkuainetta numero 115 eli moskoviumia, ammutaan biljoonia kevyitä kalsiumatomeja säteenä hiukkaskiihdyttimeen joka sekunti kuukausien ajan.

2. Atomit yhtyvät

Kalsiumatomit osuvat pyörivään kiekkoon, jossa on niitä raskaampia amerikiumatomeja. Jos törmäysvoima on juuri oikea, atomit fuusioituvat uudeksi aineeksi.

3. Magneetti lajittelee

Törmäyksessä syntyneet hiukkaset kulkevat magneettikentän läpi. Siinä tunnetut alkuaineet karsitaan pois. Raskaimmat eli moskoviumhiukkaset jatkavat matkaa.

4. Ilmaisin löytää aineen

Ilmaisin mittaa atomien nopeuden ja massan. Niistä se tunnistaa moskoviumin ja sitä kevyemmät alkuaineet, joiksi moskovium pian hajoaa.

Alkuaine numero 119 on jo tekeillä

Alkuainetutkijoiden vuosien työ palkittiin vuonna 2016, kun kansainvälinen kemian unioni IUPAC hyväksyi jaksolliseen järjestelmään neljä uutta alkuainetta. Ne täyttivät alkuainetaulukon paikat 113, 115, 117 ja 118, jotka olivat järjestelmän seitsemännen jakson viimeiset tyhjät paikat.

Rikenin tutkimuskeskuksessa Japanissa etsitään jo alkuainetta numero 119. Siitä käytetään väliaikaisesti nimitystä ununennium. Tutkimuskeskuksen johtaja Hideto En’yo uskoo, että alkuaineet 119 ja 120 löydetään ennen vuotta 2023. Ne aloittaisivat jaksollisen järjestelmän kahdeksannen jakson.

Tunnettuja raskaimpia alkuaineita ei voida käyttää mihinkään, koska ne hajoavat sekunnin murto-osassa. On silti mahdollista, että on olemassa vakaita superraskaita alkuaineita, joista voidaan valmistaa uusia materiaaleja.

Periaatteessa aine on vakaa, jos sen atomin ytimessä on protoneja ja neutroneja oikeassa suhteessa, esimerkiksi 114, 120 tai 172 protonia ja 172 tai 184 neutronia. Tällaiset raskaat aineet ovat niin sanottu vakauden saari nopeasti hajoavien aineiden epävakauden meressä. Niitä ei tosin osata valmistaa nykytekniikalla.

Lue myös:

Fysiikan ilmiöt

Mikä nostaa pistoolin piipun?

1 minuuttia
Miksi pasta saa kattilan kiehumaan yli?
Fysiikan ilmiöt

Miksi pasta saa kattilan kiehumaan yli?

0 minuuttia
Einstein facts
Fysiikka

Albert Einstein: Tätä et tiennyt

1 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!