Johdanto

Kreikkalainen Demokritos (n. 460-370 eaa.) esitti jo 400-luvulla eaa, että jos ainetta jaetaan yhä pienempiin osasiin, päädytään lopulta jakamattomiin perushiukkasiin eli atomeihin. Tämä selittää sen, että aine voi muuttua, mutta ei hävitä eikä syntyä tyhjästä. Myöhemmin kristityt torjuivat atomiopin, koska katsoivat ikuisesti muuttumattomien atomien olevan ristiriidassa ehtoollisopin kanssa. Fyysikkojen 1600-luvulta alkaen tekemät havainnot kaasujen käyttäytymisestä viittasivat siihen, että kaasu todellakin koostuisi atomeista. Koska atomeja ei voitu suoraan havaita, positivistit halusivat hylätä koko käsitteen. 1800-luvun alussa fyysikot uskoivat yleisesti atomien olemassaoloon, mutta eivät kyenneet osoittamaan sitä.

John Dalton (1766–1844), englantilainen kutojan poika, päätti muodolliset opintonsa 12-vuotiaana ja ryhtyi opettajaksi. Hänellä ei ollut luonnontieteellistä koulutusta ja hänen sanotaan olleen kehno kokeiden tekijä ja ajatustensa esittäjä. Dalton etsi ongelmiin yksinkertaisia ratkaisuja eivätkä ajan tieteelliset käsitykset olleet hänelle painolastina. Dalton oli värisokea ja kuvasi ensimmäisenä tämän sairauden. Hän teki kokoaikuisikänsä säähavaintoja ja kirjoitti kirjan meteorologiasta. Ilmakehän tutkiminen johti Daltonin kiinnostumaan ensin kaasuista ja myöhemmin aineesta yleisesti. Dalton havaitsi, että häkää (hiilimonoksidia) syntyy, kun hiili ja happi reagoivat keskenään massasuhteessa 3:4. Sen sijaan hiilidioksidin muodostuessa hiilen ja hapen massojen suhde on 3:8. Tämän perusteella Dalton ehdotti, että hiilimonoksidi koostuu yhden hiili- ja yhden happiatomin muodostamista molekyyleistä ja hiilidioksidi yhden hiili- ja kahden happiatomin muodostamista molekyyleistä. Vastaavien kokeellisesti määritettyjen suhteiden avulla Dalton määritti monien aineiden atomien suhteellisia massoja. Hän julkaisi tuloksensa vuonna 1808. Useimmat kemistit hyväksyivät ne, mutta pitivät atomeja kuitenkin vain hyvänä työhypoteesina.

Ensimmäisen vakuuttavan todistuksen atomien todellisuudesta antoi vasta Albert Einstein (14.3.1879–18.4.1955). Hän tutki Robert Brownin (21.12.1773–10.6.1858) tekemää havaintoa, jonka mukaan veden pinnalle asetettu siitepölyhiukkanen liikkuu satunnaisesti pitkin murtoviivaa. Einstein osoitti vuonna 1905, että tämän ns. Brownin liikkeen tilastollisesta käsittelystä saadaan lasketuksi atomin massa. Tämä vakuutti viimeisetkin atomien olemassaolon epäilijät.

Jaksollinen järjestelmä eli alkuainetaulukko

Alkuainetaulukko eli jaksollinen järjestelmä (engl. Periodic Table) on kemisteille tarpeellinen tiedon jäsentäjä ja perustyökalu. Se on innostanut myös monia fyysikoita tutkimaan aineen rakennetta. Jo itse taulukon olemassaolo herättää kysymyksen, miten on mahdollista, että alkuaineiden ominaisuuksissa esiintyy säännöllisyyttä, joka näyttää riipuvan atomien massasta ja miksi atomien massoissa esiintyy hyppäyksittäistä vaihtelua.

Jaksollisen järjestelmän pystyrivejä kutsutaan ryhmiksi. Saman ryhmän alkuaineilla on samantapainen uloimman elektronikuoren rakenne, joten niiden ominaisuudet muistuttavat toisiaan. Jaksollisessa järjestelmässä on 18 ryhmää. Kemian järjestö IUPAC suosittaa, että ne numeroidaan luvuin 1–18. Ryhmien numerointitapoja on kuitenkin erilaisia. Niin sanotut pääryhmät (1, 2, 13–18) voidaan joskus merkitä roomalaisin numeroin. Kolmas tapa on käyttää sekaisin roomalaisia numeroita ja kirjaimia. Jaksollisen järjestelmän pääryhmät voidaan nimetä myös nimin alkalimetallit, maa-alkalimetallit, booriryhmä, hiiliryhmä, typpiryhmä, happiryhmä, halogeenit ja jalokaasut.

Lantanidit (lantanoidit) eli harvinaiset maametallit sekä aktinidit (aktinoidit) eli radioaktiiviset alkuaineet eivät varsinaisesti kuulu mihinkään ryhmään, joten niitä jaksollisen järjestelmän ryhmien numerointi tai nimeäminen ei myöskään koske.

Jaksollisen järjestelmän vaakarivejä sanotaan 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.

Jaksollinen järjestelmä voidaan jakaa myös atomiorbitaalien täyttymisjärjestyksen mukaisesti neljään lohkoon: s-, p-, d- ja f-lohkoon. Tällöin s-lohkoon kuuluvat ryhmät 1 ja 2 sekä helium, p-lohkoon ryhmät 13–18 (paitsi helium), d-lohkoon ryhmät 3–12 (siirtymämetallit) ja f-lohkoon lantanidit ja aktinidit.

Jaksollinen järjestelmä on saanut nimensä siitä, että alkuaineiden monet ominaisuudet muuttuvat säännönmukaisesti jaksottain liikuttaessa taulukossa pysty- tai vaakasuunnassa. Useimmissa tapauksissa

Jaksollisen järjestelmän synty

Venäläinen kemisti Dmitri Mendelejev (2.2.1834 - 2.2.1907) julkaisi vuonna 1869 taulukon, johon 63 alkuainetta oli sijoitettu peräkkäin kasvavan atomimassansa mukaisesti. Jono oli katkaistu aina ennen alkalimetallia. Tällöin pystysarakkeisiin tulivat kemiallisesti toisiaan muistuttavat aineet. Hänen saksalainen kollegansa Lothar Meyer (19.8.1830 - 11.4.1895) oli päätynyt samantyyppiseen ratkaisuun Mendelejevistä tietämättä, mutta Mendelejev ehti julkaista järjestelmänsä vuotta ennen Meyeriä. Sen enempää Mendelejevin kuin Meyerinkaan taulukkoa ei omana aikanaan pidetty tieteellisesti arvokkaana saavutuksena.

Mendelejevin kehittämään jaksolliseen järjestelmään jäi muutamien alkuaineiden kohdalle aukkoja, joihin sopiva alkuaine löydettiin vasta myöhemmin. Mendelejev osasi tosin jaksollisen järjestelmänsä perusteella ennustaa näiden vielä tuntemattomien alkuaineiden ominaisuuksia. Näistä aineista ensimmäinen, eka-aluminium (nykyisin gallium), löytyi vuonna 1875 ja toinen, ekaboori (skandium), vuonna 1875 sekä vielä kymmenkunta vuotta myöhemmin ekapii (germanium). Kun aineiden ominaisuudet havaittiin jokseenkin Mendelejevin ennusteen mukaisiksi, sai hänen taulukkonsa nyt runsaasti huomiota ja lopulta hyväksyttiin arvokkaaksi tieteelliseksi saavutukseksi.

Jaksollista järjestelmää on myöhemmin paranneltu siten, että alkuaineet on sijoitettu järjestysluvun mukaisesti. Nykyisin jaksollisessa järjestelmässä on jo lähes 120 alkuainetta, joista ensimmäiset 94 esintyvät luonnossa.

Jaksollisia järjestelmiä netissä Jaksollista järjestelmää kevyesti Testejä