Alkuaine

Alkuaine määritellään aineeksi, jonka atomien ytimissä on tietty määrä protoneja. Alkuaineita ei myöskään voida jakaa tai muuttaa toiseksi aineeksi kemiallisessa prosessissa. 

Alkuaineet koostuvat atomeista, joiden ytimissä on protoneja, joita kiertää yhtäläinen määrä elektroneja. Protonien lukumäärä määrää alkuaineen järjestysluvun eli niin kutsutun atomiluvun. Saman alkuaineen atomeilla on siten sama atomiluku. Esimerkiksi atomit, joiden ytimessä on kuusi protonia, ovat hiiliatomeja. Ytimessä voi olla vaihteleva määrä neutroneja. Tällaisia saman alkuaineen erilaisia ytimiä kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi.

Alkuaineet voivat muodostua joko ioni- tai molekyyliyhdisteeksi ja ne jakautuvat kahdeksi pääryhmäksi, metalleiksi ja epämetalleiksi kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen. Jos alkuaineella on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia, sitä kutsutaan puolimetalliksi. Alkuaineet on ryhmitelty tarkemmin rakenteensa perusteella jaksolliseen järjestelmään, minkä avulla voi myös ennustaa alkuaineiden kemiallisia ominaisuuksia. Virallisesti varmennettuja alkuaineita tunnetaan nykyään 118 erilaista, joista 94 esiintyy luonnossa ja loput on valmistettu keinotekoisesti ydinreaktioiden avulla.

Alkuaineiden löytämisen historia 

Alkuaine-käsitteellä on pitkä historia. Esimerkiksi Thales piti vettä alkuaineena, josta kaikki muut aineet olisivat syntyneet, myöhemmin eräät muut filosofit pitivät sellaisena ilmaa tai tulta. Myöhemmin tuli yleisesti hyväksytyksi alkujaan Empedokleen esittämä ja myös Aristoteleen kannattama käsitys, että oli olemassa neljä alkuainetta, maa, vesi, ilma ja tuli. Näitä kutsutaan usein klassisiksi alkuaineiksi. Kuitenkin jo vanhoista ajoista oli tunnettu useita sellaisiakin aineita (hiili, rikki ja joukko metalleja), joiden nykyisin tiedetään olevan alkuaineita, mutta yksikään niistä ei ollut sellaiseksi tunnistettu. Nykyinen käsitys alkuaineista on muodostunut vasta 1700–1800-luvuilla.

Varhaiset löydöt 

Antiikin aikana tunnettiin alkuaineista hiili, hopea, kupari, rikki, tina, kulta, lyijy, rauta ja elohopea. 

1200-luvulla Albertus Magnuksen uskotaan löytäneen arseenin.
1450-luvulla Johan Thölde kuvasi antimonin tieteellisesti.
1500-luvulla tunnettiin jo vismutti, mutta sen kuvasi tarkasti 1753 Claude François Geoffroy. 
1526 Paracelsus tunnisti sinkin.
1669 Hening Brand kuvasi fosforin, hieman myöhemmin saman teki Robert Boyle.

1700-luvulla löydetyt alkuaineet 

1700-luvulla löydettiin 19 alkuainetta:

1732 koboltti (Georg Brandt)
1741 platina (toisistaan riippumatta Antonio de Ulloa, jonka löytö julkistettiin 1748, ja Charles H. Wood – Amerikan intiaanit tunsivat tämän metallin)
1751 nikkeli (Axel Fredrik Cronstedt)
1755 magnesium (Joseph Black)
1766 vety (Henry Cavendish, sen nimesi Antoine Lavoisier)
1771 happi (Joseph Priestley)
1772 typpi (Daniel Rutherford)
1774 kloori (Carl Wilhelm Scheele) ja mangaani (Johan Gottlieb Gahn)
1778 molybdeeni (Scheele)
1782 telluuri (Franz-Joseph Müller von Reichenstein)
1783 volframi (Juan José ja Fausto Elhuyar)
1789 uraani ja zirkonium (Martin Heinrich Klaproth)
1793 strontium (Klaproth)
1794 yttrium (suomalainen Johan Gadolin)
1797 titaani (Klaproth) ja kromi (Louis Nicolas Vauquelin)
1798 beryllium (Vauquelin)

1800-luvulla löydetyt alkuaineet 

1800-luvulla löydettiin pääosa alkuaineista ja huomattiin niissä olevan säännönmukaisuuksia, mikä johdatti Mendelejevin jaksollisen järjestelmän keksimiseen.

1801 vanadiini (Andrés Manuel del Río) ja niobium (Charles Hatchett)
1802 tantaali (Anders Gustaf Ekeberg)
1803 cerium (Martin Heinrich Klaproth, Jöns Jakob Berzelius ja Wilhelm von Hisinger), rodium ja palladium (William Hyde Wollaston), osmium ja iridium (Smithson Tennant) 
1807 kalium ja natrium (Humphry Davy)
1808 kalsium ja barium (Davy) sekä boori (Joseph Louis Gay-Lussac ja Louis-Jacques Thenard)
1811 jodi (Bernard Courtois)
1817 litium (Johan August Arfwedson), kadmium (Friedrich Strohmeyer ja samanaikaisesti K.S.L Hermann) ja seleeni (Jöns Jakob Berzelius)
1823 pii (Berzelius)
1825 alumiini (Hans Christian Ørsted)
1826 bromi (Antoine Jérôme Balard)
1828 torium (Berzelius). Vuonna 1798 löydetty beryllium eristettiin puhtaana (Friedrich Wöhler ja samanaikaisesti Antoine Bussy)
1839–1841 lantaani (Carl Gustaf Mosander)
1843 terbium ja erbium (Mosander)
1844 rutenium (Karl Klaus)
1860 cesium ja rubidium (Robert Bunsen ja Gustav Kirchhoff; spektroskopian avulla)
1861 tallium (Sir William Crookes)
1863 indium (Ferdinand Reich ja Theodor Richter)
1868 helium (samanaikaisesti Pierre Jansen ja Norman Lockyer; auringon spektristä. Maapallolta sitä löydettiin vasta 1890-luvulla.)
1874 gallium (Paul Emile Lecoq de Boisbaudran; alkuaineen olemassaolon ja ominaisuudet ennusti Mendelejev 1871)
1878 ytterbium (Jean Charles Galissard de Marignac)
1879 tulium (Per Teodor Cleve), skandium (Lars Fredrik Nilson), holmium (Marc Delafontaine, Jacques-Louis Soret ja Per Teodor Cleve) sekä samarium (de Boisbaudran)
1880 gadolinium (de Marignac)
1885 praseodyymi (Carl Auer von Welsbach; Mosanderin 1839 erottama didymiumiksi kutsuttu aine osoittautui praseodyymiksi ja neodyymiksi)
1886 dysprosium (de Boisbaudran), germanium (Clemens Winkler) ja fluori (Henri Moissan). Monet fluoriyhdisteet oli tunnettu jo kauan aikaisemmin ja niiden oli oletettu sisältävän tuntematonta alkuainetta, jonka monet tutkijat olivat yrittäneet eristää, mutta vasta vuonna 1886 Moissan onnistui sen tekemään.
1894 argon (Lordi Rayleigh ja Sir William Ramsay)
1898 jalokaasut neon, krypton ja xenon (Ramsay), radium ja polonium (Pierre ja Marie Curie) 
1899 aktinium (André Debierne)

1900-luvulla löydetyt alkuaineet 

1900-luvulla löytyi vielä muutamia alkuaineita luonnosta, mutta suurin osa uusista löydöistä oli lyhytikäisiä keinotekoisia alkuaineita:

1900 radon (Friedrich Enrst Dorn)
1901 europium (Eugène-Anatole Demarçay)
1907 lutetium (Georges Urbain)
1913 protaktinium (Kasimir Fajans, Oswald Göhring, Frederick Soddy, John Cranston, Lise Meitner ja Otto Hahn)
1923 hafnium (Dirk Coster ja György Hevesy)
1925 renium (Walter Noddack ja Ida Tacke)
1937 teknetium (Carlo Perrier ja Emilio Segrè; ensimmäinen keinotekoinen alkuaine) 
1939 frankium (Marguerite Perey; viimeinen luonnosta löytynyt alkuaine)
1940 astatiini (Dale R. Corson, K.R. Mackenzie ja Segrè)
1940 neptunium (Edwin McMillan ja Philip H. Abelson)
1940 plutonium (Glenn T. Seaborg, Arthur C. Wahl, Joseph W. Kennedy ja Segrè)
1944 curium ja amerikium (Seaborg)
1945 prometium (Jacob A. Marinsky)
1949 berkelium (Albert Ghiorso, Seaborg, Stanley G. Thompson ja Kenneth Street Jr.)
1950 kalifornium (Ghiorso, Seaborg, Thompson ja Street)
1952 einsteinium (sekä Argonnen ja Los Alamosin laboratorioissa että Kalifornian yliopistossa)
1953 fermium (sekä Argonnen ja Los Alamosin laboratorioissa että Kalifornian yliopistossa) ja mendelevium (Seaborg ja Evans G. Valens)
1958 nobelium (Ghiorso, Seaborg, John R. Walton ja Torbørn Sikkeland)
1961 lawrencium (Ghiorso, Sikkeland, Almon Larsh ja Robert M. Latimer)
1964 rutherfordium (Dubnan ydintutkimuskeskus Neuvostoliitossa)
1970 dubnium (Ghiorso)
1974 seaborgium (Kalifornian yliopiston ydintutkimuskeskus)
1976 bohrium (Juri Oganesjan Dubnan ydintutkimuskeskuksessa; varmistettiin GSI:ssä 1982)
1982 meitnerium (Peter Armbruster ja Gottfried Münzenberg)
1984 hassium (Armbruster ja Münzenberg)
1994 darmstadtium ja röntgenium (S. Hofmann ja V. Ninov)
1996 kopernikium (Hofmann ja Ninov)
1999 flerovium (Dubnan ydintutkimuskeskus)

2000-luvulla löytyneet alkuaineet 

2000 livermorium (Dubnan ydintutkimuskeskus ja Lawrence Livermoren laboratorio)
2003 moskovium (Dubnan ydintutkimuskeskus ja Lawrence Livermoren laboratorio)
2004 nihonium (K. Morita työryhmineen (RIKEN japanissa))
2006 oganesson (Dubnan ydintutkimuskeskus ja Lawrence Livermoren laboratorio)
2010 tennessiini (Dubnan ydintutkimuskeskus ja Lawrence Livermoren laboratorio)

Maapallon ja maailmankaikkeuden yleisimmät alkuaineet 

Happi on yleisin alkuaine maankuoressa ja pii toiseksi yleisin (massan perusteella). Koko maapallon yleisin on rautapitoisen ytimen vuoksi rauta, hapen ollessa toiseksi yleisin.

Kymmenen maailmankaikkeuden yleisintä alkuainetta esitettynä miljoonasosina (parts per million):

Uusien alkuaineiden etsiminen 

Alkuaineita voidaan valmistaa laboratorio-olosuhteissa. Tällaisia keinotekoisia alkuaineita ovat mm. livermorium, einsteinium ja seaborgium. Kokeellisesti tuotetuille aineille annetaan ensin väliaikainen nimi joka muodostuu kolmesta peräkkäisestä lukusanaa ilmaisevasta latinalais- tai kreikkalaisperäisestä tavusta, kuten yksi-yksi-yksi (un + un + un + ium = unununium, alkuaine 111), riippuen aineen järjestysluvusta. Alkuaineen nimen perään lisätään myös liite -ium. Aineen päätymisestä virallisesti alkuaineiden listaan päättää IUPAC.

Katso myös
 Luettelo alkuaineista
 Nukleosynteesi

Lähteet

Viitteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla

Seulonnan keskeiset artikkelit