6. Alkuaineet taulukoksi

Jaksollisen järjestelmän keksiminen

2013-07-29T16:46:30+03:00

Kemian tutkimuksen pioneeriaikoina 1700- ja 1800 -luvuilla löydettiin paljon uusia alkuaineita. Tutkimusten ohessa havaittiin, että tietyillä alkuaineilla oli samanlaisia kemiallisia ominaisuuksia. Havaintojen pohjalta sen ajan kemistit saivat ajatuksen, että alkuaineet voitaisiin asettaa järjestykseen niiden ominaisuuksiin perustuen.

Tätä palapeliä yritettiin koota monella tavalla, kunnes venäläinen kemisti Dimitri Mendelejev 1800-luvun puolivälin jälkeen ymmärsi jättää tyhjiä aukkoja omaan järjestelmäänsä. Hän ennusti, että aukot kuuluvat alkuaineille joita ei vielä ollut löydetty, mutta tullaan löytämään myöhemmin. Lopulta tyhjät paikat saatiin täytettyä mikä osoitti, että Mendelejev oli oikeassa.

Jaksollinen järjestelmä on edelleen käytössä, vaikka Mendelejevin aikaan mittaukset suoritettiin hämyisissä laboratorioissa paljon nykyajan laitteita ja kokeita alkeellisimmilla menetelmillä. Myöskään atomin rakennetta ei silloin vielä tunnettu. Vuosisatojen aikana taulukkoa on täydennetty ja täsmennetty uusien tutkimustulosten myötä. Näin tiede toimii.

Tätä taulukkoa kutsutaan alkuaineiden jaksolliseksi järjestelmäksi. Siitä löytyy valtavasti kemiallista tietoa, kunhan sitä oppii tulkitsemaan. Ensimmäinen havainto taulukosta on, että siinä on kolmenlaisia alkuaineita: suurin osa alkuaineista on metalleja, loput joko epämetalleja tai puolimetalleja. Puolimetalleilla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia.

Alkuaineen järjestysluku Z on merkitty alkuaineen merkin yläpuolelle. Sekä pysty- että vaakarivit ovat numeroitu. Pystyrivejä on 18 ja niitä kutsutaan ryhmiksi, vaakarivejä puolestaan on 7 ja niitä kutsutaan jaksoiksi. Pystyrivejä 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 ja 18 kutsutaan pääryhmiksi, pystyrivejä 3 - 12 sivuryhmiksi.

Keskeiset käsitteet

2013-07-29T16:50:07+03:00

epämetalli
jakso
jaksollinen järjestelmä
järjestysluku
metalli
oktetti
puolimetalli
pääryhmä
ryhmä
sivuryhmä
ulkoelektroni

Atomi koostuu protoneista, neutroneista ja elektroneista

2013-06-09T20:04:01+03:00

Ennen kuin alkuaineiden jaksollista järjestelmää on mahdollista tulkita, täytyy ymmärtää atomin rakennetta hieman yksityiskohtaisemmin.

Aikaisemmista kemian opinnoistasi tiedät, että atomi koostuu kolmenlaisista hiukkasista:

Positiivisesti varautuneista protoneista, jotka sijaitsevat atomin ytimessä. Protonien lukumäärä on sama kuin alkuaineen järjestysluku.
Sähköisesti neutraaleista neutroneista, jotka sijaitsevat myös atomin ytimessä.
Negatiivisesti varautuneista elektroneista, jotka sijaitsevat ytimen ympärillä.

Koska positiivisesti varautuneiden protonien ja negatiivisesti varautuneiden elektronien lukumäärät atomissa ovat samat, atomi on kokonaisuudessaan varaukseton eli neutraali. Elektronien sijoittuminen ytimen ympärille kuvataan ns. kuorimallilla. Kuorimalli on hyvin yksinkertaistettu tapa kuvata atomin rakennetta ja se soveltuukin vain järjestysluvun 1-18 omaavien alkuaineiden atomimallien piirtämiseen.

Tehtäväkirjaan

2013-08-06T13:05:06+03:00

Siirry tehtäviin.

Kuorimallin piirtäminen

2013-08-30T08:32:39+03:00

Kun tiedät minkä alkuaineen atomin mallin aiot piirtää, piirrä pieni ympyrä johon merkitset alkuaineen järjestysluvun + -merkkisenä (= protonien yhteisvaraus). Tämä riittää kuvaamaan ydintä. Nyt sinulla on käytettävissäsi saman verran – -merkkisiä elektroneja sijoitettavaksi ytimen ympärille seuraavalla tavalla:

Piirrä ytimen ympärille isompi ympyrä. Tämä on 1. kuori eli sisin elektronikuori. Tälle kuorelle mahtuu 2 elektronia. Merkitse ne tälle ympyrälle vaikkapa pieninä mustina palloina.
Jos elektroneja on vielä jäljelle, piirrä uusi ympyrä isommalla säteellä ytimen ympärille. Tämä on 2. kuori ja sille mahtuu 8 elektronia. Merkitse elektronit tälle kuorelle.
Mikäli elektroneja on vielä jäljelle, piirrä taas uusi ympyrä isommalla säteellä. Tämä on 3. kuori jolle mahtuu 18 elektronia. Täytä kuori elektroneilla.

Kuorimallin heikkous

2013-07-02T13:42:05+03:00

Entäpä alkuaine numero 19, kalium K? Koska sen järjestysluku on 19, sillä on 19 elektronia. Elektroneista 2 menee 1. kuorelle ja 8 2. kuorelle. Jäljelle jää 9 elektronia, jotka mahtuisivat helposti 3. kuorelle, mutta todellisuudessa 3. kuorelle sijoittuu näistä kahdeksan ja yksi seuraavalle eli 4. kuorelle.

Tässä piilee kuorimallin heikkous. Sen avulla elektroneja ei aina voida sijoittaa suoraviivaisesti kuorilleen 4. vaakarivissä eli 4. jaksossa ja siitä taulukossa alaspäin. Ei kuitenkaan hätää, sillä jaksollisen järjestelmään on useimmiten merkitty kullekin alkuaineelle sen elektronien järjestyminen eri kuorille. Tämä löytyy alkuainemerkin vasemmalta tai oikealta puolelta allekkaisena lukusarjana. Ylimpänä on sisimmän eli 1. kuoren, sitten 2. kuoren elektronien määrä jne.. Alin luku kertoo viimeisimmän ja samalla myös tärkeimmän kuoren elektronien määrän.

Viimeistä kuorta jolle riittää elektroneja, kutsutaan uloimmaksi kuoreksi. Tällä kuorella sijaitsevia elektroneja kutsutaan ulkoelektroneiksi. Uloimman kuoren elektronimiehitys kertoo hyvin paljon kyseisen alkuaineen kemiallisista ominaisuuksista. Siihen täytyy kiinnittää erityistä huomiota silloin, kun pyritään ymmärtämään jotakin kemian ilmiötä atomitasolla.

Atomin uloimmalla kuorella voi olla korkeintaan kahdeksan elektronia. Mikäli uloimmalla kuorella on tasan kahdeksan elektronia, sitä kutsutaan oktettirakenteeksi eli oktetiksi. Tällainen elektronirakenne on hyvin pysyvä.

Verkkotehtävä: Elektronikuorten elektronimäärien esittäminen

2013-09-05T11:24:24+03:00

Tutustu verkosta löytyvään dynaamiseen jaksolliseen järjestelmään, Ptableen. Selvitä sen avulla

miten jaksollisessa järjestelmässä esitetään elektronikuorten elektronimäärät.
millä alkuaineilla on oktettirakenne.