jaksollinen järjestelmä

Ei alkuainetta Lemmylle – Juri sen sijaan saa nimensä taulukkoon

To, 06/09/2016 - 10:32 Jari Mäkinen


Unohda ununtrium, ununpentium, ununseptium ja ununoctium! Tässä tulevat nihonium, moscovium, tennessine ja oganesson.


Kansainvälinen teoreettisen ja sovelletun kemian liitto (International Union of Pure and Applied Chemistry, eli IUPAC) julkisti nimiehdotuksensa neljälle vastikään löydetylle uudelle alkuaineelle.

Hyperraskaat alkuaineet 113, 115, 117 ja 118 on tunnettu tähän saakka vain väliaikaisilla, niiden latinankielisillä numeronimillä, mutta nyt ne ovat saamassa kunnolliset nimet. 

Nimiehdotukset on saatu Japanista Venäjältä ja Yhdysvalloista, eli maista, missä uudet alkuaineet löydettiin. Niissä ei ole mitään yllätyksiä, sillä perinteisen nimeämistavan johdosta mm. julkisuudessa kovasti ollut idea yhden raskaan raudan nimeämiseksi Motörheadin edesmenneen laulajan Lemmyn kunniaksi ei mennyt edes alkukäsittelyyn. 

IUPAC nimittäin hyväksyy nimiksi vain mytologian, mineraalien, paikkojen, alkuaineiden ominaisuuksien tai tutkijoiden mukaan tehtyjä nimiehdotuksia.

Alkuaineen 113 nimeksi japanilaisen RIKEN-tutkimuslaitoksen väki ehdottaa yksinkertaisesti nihoniumia (Nh), koska Nihon on Japanin japaninkielinen nimi.

Alkuaineet 115 ja 117 löydettiin venäläisen Dubnan tutkimuskeskuksen ja yhdysvaltalaisten Oak Ridgen kansallisen laboratorion, Vanderbilt-yliopiston sekä Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion (LLNL) yhteistyönä, ja näiden laitosten yhteinen ehdotus nimiksi on moscovium (Mc) ja tennessine (Ts). Taustalla ovat luonnollisesti Moskovan kaupunki ja Tennesseen osavaltio Yhdysvalloissa.

Tennessee on otettu mukaan oletettavasti siksi, että Oak Ridge ja Vandenbilt sijaitsevat siellä, ja LLNL on jo eri muodoissa mukana useassa alkuaineessa (muun muassa 116, eli livermorium).

Ja numero 118 saa nimensä venäläisen fyysikon Juri Oganessianin mukaan: siitä tulee oganesson (Og).

Kyseessä on toistaiseksi virallisesti vain ehdotus, mutta on hyvin todennäköistä, että viisi kuukautta kestävän julkisen kuulemisen jälkeen IUPAC lisää nimet virallisestikin jaksollisen järjestelmän seitsemännelle riville, joka tulee näin täyteen.

Kuva: Otsikkokuvassa on eräs jaksollisesta järjestelmästä tehty vitsimuunnelma, tässä tapauksessa ruoka-aineista paitaan painettuna. Yllä sen sijaan on oikea taulukko, missä nyt kyseessä olevat alkuaineet on seitsemännellä rivillä korostettuina.

Kaikkien aineiden sormenjäljet yhdessä kuvassa

Ti, 05/31/2016 - 11:17 Jarmo Korteniemi
Kuva: Field Tested Systems / Stephen Shawl

Miten alkuaineet erotetaan toisistaan? Tämän kuvan avulla.

Päivän kuvaPäivän kuvana on kemiasta tuttu jaksollinen järjestelmä, johon alkuaineet on luokiteltu ominaisuuksiensa mukaan. Versio on tosin hieman erikoinen, sillä kuvaan on ympätty jokaisen alkuaineen ikioma sormenjälki. Emissiospektri.

Kuvan spektrit tosin kattavat vain näkyvän valon alueen, mutta sekin riittää. Kahta samanlaista ei ole. Viivojen paikka, voimakkuus ja leveys kertovat suoraan, mistä aineesta on kyse.

Oudon aineen tarkka koostumus voidaan selvittää käytännössä varmasti kahdella tavalla. Yksi on kemialliset reaktiot tunnettujen aineiden kuten veden, ilman, happojen tms kanssa. Varmempi keino on kuitenkin selvittää oudon aineen säteilyspektri.

Emissiospektrin saa näkyviin lämmittämällä ainetta. Lisäenergian avulla aineen elektronit siirtyvät ylemmille viritystasoille, ja palatessaan alkuperäisille paikoilleen säteilevät sähkömagneettista säteilyä. Koska jokaisella aineella on oma tarkka määränsä elektroneja, jokainen säteilee omalla tavallaan. Spektri saadaan avattua tulkintakelpoiseksi spektrometrin avulla.

Esimerkiksi vedyltä (vasemmalla ylhäällä) voidaan erottaa näkyvän valon alueelta neljä viivaa, violetista punaiseen.

Vedyn näkyvät aallonpituudet ovat 410.2, 434.1, 486.2 ja 656.3 nanometriä. Balmerin sarjaksi kutsuttuun listaan kuuluu myös neljä ihmissilmälle näkymätöntä ultravioletin puolelle jäävää aallonpituutta (364.6, 383.5, 388.9 ja 397.0 nm). Ja vedyltä löytyy toki muitakin emissioviivasarjoja kuin Balmerin – huolimatta siitä että sillä on vain yksi ainokainen paikkaansa vaihtava elektroni.

Puhtaan spektrikuvan ilman aineiden nimiä voi ladata Field Tested Systemsin sivuilta. Kannattaa humata, että tästä jaksollisesta järjestelmästä puuttuu muutamia hyvin raskaita ja radioaktiivisia alkuaineita.

Otsikkokuva: Field Tested Systems / Stephen Shawl

Uusi vuosi toi mukanaan neljä uutta alkuainetta

Ma, 01/04/2016 - 18:48 Jari Mäkinen
Alkuaineet

Vuoden vaihde toi mukanaan neljä uutta alkuainetta, kun aiemmin löydetyt alkuaineet 113, 115, 117 ja 118 hyväksyttiin 30. joulukuuta virallisesti mukaan alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään.

Kansainvälinen teoreettisen ja sovelletun kemian liitto hyväksyi 30. joulukuuta pitämässään kokouksessa ununtriumin, ununpentiumin, ununseptiumin ja ununoctiumin virallisesti mukaan alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään, joten nyt  taulukon kaikki seitsemän riviä ovat oikeasti täytetty.

Omituiset nimet ja niiden lyhenteet Uut, Uup, Uus ja Uuo ovat kuitenkin vielä väliaikaisia, joten taulukkoa tullaan vielä muuttamaan lähitulevaisuudessa siltä osin.

Edellisen kerran alkuaineita lisättiin mukaan vuonna 2011, jolloin alkuaineet 114 ja 116 laitettiin virallisesti mukaan. Nämäkin alkuaineet tunnettiin aluksi latinankielisillä numeronimillään ununkvadium ja ununheksium, ennen kuin niille annettiin nimet flerovium ja livermorium.

Samalla vahvistettiin uusien alkuaineiden löytäjät: kaikki alkuaineet on tehty Dubnan raskasionitutkimuslaitoksessa Venäjällä, paitsi että alkuainetta 113 ei tunnistettu helmikuussa 2004 tehdyssä kokeessa ja kunnia sen löytämisestä annettiin Japaniin, RIKEN-tutkimuskeskukselle, missä onnistuttiin tekemään elokuussa 2012 ununtriumin isotooppia.

Mukana löydöissä on ollut myös tutkijoita Yhdysvaltain Lawrence Livermoren ja Oak Ridgen kansallisista laboratorioista, joten he voivat nyt ehdottaa nimiä venäläisten kanssa alkuaineille 115, 117 ja 118. Japanilaiset saavat puolestaan nimetä 113:n. 

Keinotekoisia alkuaineita

Luonnossa voi olla alkuaineita vain atomilukuun 94 saakka, eli luontaisesti on olemassa alkuaineita kevyimmästä, yhden protonin sisältävästä vedystä 94 protonia (ja yleensä paljon neutroneita lisäksi) sisältävään plutoniumiin.

Kaikki enemmän protoneita sisältävät alkuaineet ovat keinotekoisia, joskin erilaisissa suurienergisissä tapahtumissa avaruudessa on syntynyt myös alkuaineita aina järjestyslukuun 100 saakka. Nyt näitäkin voidaan tehdä vain laboratorioissa, kuten esimerkiksi Dubnassa Venäjällä.

Dubnassa pääasiallinen työkalu raskaiden atomien tekemisessä on kuvassa yllä oleva U400M -niminen syklotroni.  

Lisäksi kuuluisia ydintutkimuskeskuksia ovat alkuaineiden nimilistaltakin löytyvät GSI Darmstadtissa, Saksassa, sekä Lawrence Berkeleyn laboratoriossa, Kaliforniassa, Yhdysvalloissa. 

Useimmiten raskaimmat alkuaineet synnytetään pakottamalla yhteen kaksi hieman kevyempää, mutta silti raskasta alkuainetta. Kyseessä ovat aineiden varsin raskaat isotoopit, eli mukana protonien kanssa on paljon neutroneita, ja tuloksena on myös runsasneutronisia aineiden isotooppeja. Syntyvien alkuaineiden tunnistaminen ei ole enää helppoa, ja mitä raksaampiin aineisiin on menty, sitä hankalammaksi yhä raskaampien tekeminen on käynyt. 

Erittäin raskaat alkuaineet ovat hyvin lyhytikäisiä, eli ne haluavat käytännössä välittömästi synnyttyään. On tosin mahdollista, että atomiytimet muuttuvat jälleen vakaammiksi, kun ne kasvavat vieläkin suuremmiksi. 

Nykyarvioiden mukaan alkuaineiden määrä voisi ulottua järjestyslukuun 173 saakka, eli jaksollisen järjestelmän taulukkoon täytynee laittaa vielä tulevaisuudessa lisää rivejä.

Miten alkuainetaulukko rakentuu?

Otsikkokuvassa on kemian- ja fysiikantunnelta tuttu jaksollinen järjestelmä, jonka pystyrivejä kutsutaan ryhmiksi. Niitä on 18. Saman ryhmän alkuaineilla on samantapainen uloimman elektronikuoren rakenne, joten niiden ominaisuudet muistuttavat toisiaan. 

Vaakarivejä sanotaan puolestaan jaksoiksi. Jakson numero ilmoittaa, kuinka monta miehitettyä elektronikuorta alkuaineella on. Jaksossa vasemmalta oikealle liikuttaessa alkuaineen järjestysluku eli protonien lukumäärä kasvaa.

Alkuaineiden ominaisuudet vaihtelevat tavallisesti huomattavasti saman jakson sisällä. Metalliset alkuaineet sijaitsevat jakson alkupäässä vasemmassa reunassa ja epämetallit oikeassa reunassa.

Lue lisää: Kirjoittajan viime lokakuussa Tiede-lehdessä ilmestynyt artikkeli Alkuaineita transuraniasta kertoo Dubnasta sekä raskaiden alkuaineiden metsästyksestä.