sunnuntai 12. lokakuuta 2014

Kemia 2: luku 3 Jaksollinen järjestelmä ennustaa aineiden ominaisuuksia



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