Kemia 2: luku 3 Jaksollinen järjestelmä ennustaa aineiden ominaisuuksia
Alkuaineet
jaetaan ominaisuuksiensa perusteella metalleihin, puolimetallelihin ja
epämetalleihin. Kaikki sivuryhmien alkuaineet ovat metalleja. Metalliluonne
lisääntyy siirryttäessä jaksollisessa järjestelmässä ryhmässä ylhäältä alas ja
jaksossa oikealta vasemmalle. Metalleilla on yleensä hyvin korkeat
sulamispisteet, eli ne ovat kiinteitä huoneen lämpötilassa. Poikkeus tästä on
elohopea, joka on neste huoneen lämpötilassa.
Epämetalleilla
on yleensä alhaisemmat sulamis- ja kiehumispisteet kuin metalleilla. Epämetallit
eivät grafiittia lukuun ottamatta johda sähköä. Metalleilla on taipumus
luovuttaa elektroneja ja epämetalleilla vastaanottaa niitä.
Elektronegatiivisuus
kuvaa atomin kykyä vetää puoleensa sidosselektroneja. Epämetalleilla on yleensä
suuri ja metalleilla pieni elektronegatiivisuusarvo. Elektronegatiivisuusarvot
kasvavat siirryttäessä ryhmässä alhaalta ylös ja jaksossa vasemmalta oikealle. Elektronegatiivisuuden
muuttuminen jaksollisessa järjestelmässä kuvaa metallien pyrkimystä luovuttaa
ja epämetallien pyrkimystä vastaanottaa elektroneja, jotta ne saavat pysyvän
ulkoelektronirakenteen eli oktetin. Epämetallit ovatkin hyvin
elektronegatiivisia ja metallit elektropositiivisia alkuaineita.
Atomin
reaktiokyky selittyy atomin koolla. Ryhmässä alaspäin mentäessä alkuaineatomin
koko kasvaa, sillä mitä enemmän elektronikuoria atomissa on, sitä kauemmaksi
ytimestä ulkoelektronit keskimäärin asettuvat. Jaksoissa atomin koko pienenee
vasemmalta oikealle. Tämä selittyy sillä, että ytimen kasvava protonimäärä
vetää samalla elektronikuorella olevia elektroneja voimakkaammin puoleensa. Pääryhmien
metalleilla atomikoon suureneminen merkitsee reaktiokyvyn kasvamista. Mitä
isompi atomi on, sitä helpommin sen ulkoelektronit irtoavat ytimen
vaikutuspiiristä.
Toisin
kuin pääryhmän metalleilla, epämetallien reaktiokyky kasvaa, kun atomikoko
pienenee. Mitä pienempi atomi on, sitä helpommin ylimääräinen elektroni asettuu
uloimmalle elektronikuorelle.
Ionisoitumisenergia ja elektroniaffiniteetti
Ionisoitumisenergia
kuvaa sitä energiamäärää (kJ/mol), joka tarvitaan irrottamaan elektroni
kaasumaisesta alkuaineatomista tai ionista. Ionisoitumisenergian lukuarvot ovat
aina positiivisia lukuja, koska elektronin irrottamiseen vaaditaan energiaa. Alkalimetallien
ionisoitumisenergia-arvot ovat hyvin pieniä. Tämä tarkoittaa sitä, että
elektroni irtoaa näistä alkuaineatomeista todella helposti. Jalokaasuilla sen
sijaan ovat erittäin suuret ionisoitumisenergia-arvot, mikä selittyy näiden
alkuaineatomien pysyvällä elektronirakenteella.
Ensimmäisen
elektronin poistamiseen tarvittavaa energiamäärää kutsutaan ensimmäiseksi
ionisoitumisenergiaksi, toisen elektronin poistamiseen tarvittavaa
energiamäärää toiseksi ionisoitumisenergiaksi jne. Kun elektroni irtoaa
atomista tai elektronista, positiivisesti varautunut ydin vetää jäljelle jääviä
elektroneja voimakkaammin puoleensa. Tämän vuoksi seuraavien elektronien
poistamiseen tarvitaan aina suurempi määrä energiaa.
Ionisoitumisenergian
lukuarvo siis kertoo, kuinka paljon energiaa tarvitaan irrottamaan elektroni
atoimista tai ionista. Elektroniaffiniteetilla sen sijaan ilmaistaan sitä
energiamäärää, joka sitoutuu tai vapautuu, kun atomiin tai ioniin tulee lisää
elektroneja. Kaikkien halogeenien elektroniaffiniteettiarvot ovat negatiivisia, koska ylimääräisen elektronin
asettuminen elektroniverhoon vapauttaa energiaa.
Radioaktiivinen strontium-90 isotooppi voi sitoutua luustoon
Jaksollisessa
järjestelmässä samassa pääryhmässä olevilla alkuaineilla on samanlaisia
kemiallisia ominaisuuksia. Tämä kemiallinen samankaltaisuus voi olla joskus
haitta esim biologisessa kudoksessa. Toiseen pääryhmään kuuluvalla
strontiumilla on hyvin samankaltaisia kemiallisia ominaisuuksia kuin samaan
ryhmään kuuluvalla kalsiumilla.
Kalsium
on luuston ja hampaiden tärkein rakennealkuaine. Se esiintyy luuston ja
hampaiden hydroksiapatiitissa. Maanpäällisissä ydinräjähdyksissä luontoon voi
vapautua runsaasti strontium-90 isotooppia, joka on beetamiinussäteilijä. Sen
puoliintumisaika on 28 vuotta, joten se säilyy aktiivisena pitkään.
Maaperään
joutunut radioaktiivinen strontium siirtyy eläinten ravinnon mukana helposti
esim lehmän maitoon. Tätä kautta sitä voi joutua myös ihmiseen. Jos strontium
ei muistuttaisi kemiallisesti kalsiumia, elimistö poistaisi sen muutamassa
päivässä. Mutta koska se pystyy kalsiumin tavoin sitoutumaan ihmisen luustoon,
sitoutumista voi seurata pitkäaikainen altistuminen radioaktiiviselle
säteilylle.
Elektronien virittyminen – hyötyä ja huvia
Mainos-
ja katuvaloissa, ilotulitteissa sekä erilaisissa analyysilaitteissa
hyödynnetään atomien tai ionien ulkoelektronien virittymistä perustilasta
korkeammille energiatasoille. Virittyminen
saadaan aikaan joko lämmön tai sähkömagneettisen säteilyn avulla, jolloin
atomit absorboivat energiaa. Viritystila kestää vain hetken, ja kun atomi palaa
perustilaansa, viritystilaa vastaava määrä energiaa purkautuu
sähkömagneettisena säteilynä. Tällöin atomi emittoi tietyn määrän energiaa.
Viritystilan purkautuminen voidaan nähdä tietyn värisenä valona, jos
purkautuvan säteilyn aallonpituus vastaa näkyvän valon aallonpituuksia.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti