Alkuaineet: perustietoja ja linkkejä

Alkuaineet, mitä ne ovat?

Usein määritellään, että alkuaineet ovat aineita, jotka ovat kemiallisesti jakamattomia. Tämä on kuitenkin paljolti kehämääritelmä, koska kemiallisten menetelmien ja tapahtumien määritelmä sulkee pois sellaiset, joissa alkuaine muuttuu toiseksi.

Nykyaikainen määritelmä on, että alkuaine on aine, joka koostuu atomeista, joilla on sama järjestysluku eli protonien määrä. Tämä on tietysti melko epähavainnollinen määritelmä, koska sen ymmärtäminen vaatii tiettyjen luonnontieteellisten peruskäsitteiden tuntemista. Toisaalta itse alkuaineen käsite nykyisessä mielessä on voinut syntyä vasta kyseisten käsitteiden muodos­ta­mi­sen ja kokeellisten menetelmien kehittymisen myötä.

Englannin kielessä alkuainetta tarkoittava sana on "element". Monissa muissa kielissä käytetään samantapaista, latinasta peräisin olevaa sanaa. Suomen sana "alkuaine" on sikäli hiukan harhaan­johtava, että nykyisen tiedon mukaan alkuaineet eivät ole olleet "aikojen alusta" vaan muodos­tu­neet vasta jonkin ajan kuluttua maailmankaikkeuden synnystä. Lisäksi aluksi muodostui vain vetyä, ja muut alkuaineet ovat syntyneet vedystä monenlaisten ydinreaktioiden kautta.

Alkuaineiden nimet ja tunnukset

Alkuaineilla on eri kielissä erilaiset nimet, jotka kuitenkin usein ovat samaa alkuperää, kuten latinasta peräisin. Alkuaineilla on myös yksi- tai kaksikirjaimiset tunnukset (esim. H = vety, He = helium, Li = litium jne.), jotka ovat samat kielestä riippumatta ja hyvin yleisessä käytössä kemiassa. Ne ovat erittäin vakiintuneita, lukuun ottamatta eräitä keinotekoisia alkuaineita (transuraaneja) sekä jodia, josta on käytetty sekä tunnusta I että tunnusta J.

Usein alkuaineen nimi on muodostettu jonkin yleisen luonnossa esiintyvän kemikaalin tai seoksen mukaan. Esimerkiksi "kalium" on peräisin sanasta, joka tarkoittaa erästä mineraalia, kalia. Joskus tällaiset nimet menevät sekaisin keskenään; saatetaan puhua esimerkiksi kalkista, kun tar­koi­te­taan kalsiumia. Vastaavasti "hiili" voi tarkoittaa paitsi alkuainetta myös kivi- tai puuhiiltä, jossa kyseinen alkuaine on vain yksi tärkeä ainesosa.

Alkuaineiden luokitus

Alkuaineita voidaan luokitella useilla eri tavoilla ominaisuuksiensa mukaan. Seuraava on eräs yksinkertainen ryhmittely:

• vety (järjestysluku 1): tämä maailmankaikkeuden yleisin ja kevein alkuaine on ominaisuuksiltaan muista paljolti poikkeava
• jalokaasut (järjestysluvut 2, 10, 18 ym.) kuten helium: normaalilämpötiloissa kaasumaisia aineita, jotka eivät muodosta yhdisteitä tai muodostavat niitä vain erikoisissa oloissa
• alkalimetallit (järjestysluvut 3, 11, 19 ym.), joista tunnetuimmat ovat natrium ja kalium: reagoivat herkästi veden kanssa ja muutenkin muodostavat helposti yhdisteitä
• maa-alkalimetallit (järjestysluvut 4, 12, 20 ym.), joista tunnetuin on kalsium; vähemmän reaktiivisia kuin alkalimetallit
• booriryhmä (järjestysluvut 5, 13, 31 ym.), johon kuuluu mm. alumiini
• hiiliryhmä (järjestysluvut 6, 14, 32 ym.), johon kuuluvat mm. hiili ja pii, jotka voivat muodostaa monimutkaisia, pitkäketjuisia yhdisteitä
• typpiryhmä (järjestysluvut 7, 15, 33 ym.), jossa on melko erilaisia aineita kuten melko heikosti reagoiva typpi ja voimakkaasti reaktiivinen fosfori
• happiryhmä (järjestysluvut 8, 16, 34 ym.), johon kuuluvat voimakkaasti reaktiiviset happi ja rikki
• halogeenit (järjestysluvut 9, 17, 35 ym.), johon mm. fluori ja kloori, jotka hyvin herkästi muodostavat yhdisteitä, varsinkin suoloja; nimityskin johtuu kreikan sanasta, joka tarkoittaa 'suolaamuodostava'
• siirtymäalkuaineet (järjestysluvut 21–30, 39–48, 71–80, 103–112), jotka ovat metalleja (mm. rauta ja kupari) ja jotka voivat muodostaa monenlaisia yhdisteitä, koska niillä on useita mahdollisia ns. hapetuslukuja
• lantanoidit (järjestysluvut 57–70) eli ns. harvinaiset maametallit
• aktinoidit (järjestysluvut 89–103), jotka ovat radioaktiivisia metalleja (mm. uraani).

Linkkejä

• WebElements. Erittäin laaja ja monipuolinen tietokokonaisuus, jossa on mukana sekä tieteellistä että käytännöllis-taloudellista tietoa alkuaineista.
• Elementymology & Elements Multidict. Alkuaineiden nimet noin sadalla kielellä ja nimien alkuperän selityksiä.

Eric Weissteinin erinomainen kooste Treasure Troves of Science sisältää myös laajan kemiaa käsittelevän osuuden. Siinä ei kuitenkaan ole erityisesti tietoja alkuaineista mutta kylläkin aihetta sivuavia asioita.