{"id":78,"date":"2015-10-20T07:23:42","date_gmt":"2015-10-20T07:23:42","guid":{"rendered":"http:\/\/www.verkkovaria.fi\/yhteiset\/kemia\/?page_id=78"},"modified":"2016-03-19T05:54:40","modified_gmt":"2016-03-19T05:54:40","slug":"aineen-rakenne-ja-alkuaineiden-jaksollinen-jarjestelma","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.verkkovaria.fi\/yhteiset\/kemia\/?page_id=78","title":{"rendered":"Aineen rakenne ja alkuaineiden jaksollinen j\u00e4rjestelm\u00e4"},"content":{"rendered":"

T\u00e4m\u00e4n osion osaamistavoite on: aineen rakenteen tuntemus ja jaksollisen j\u00e4rjestelm\u00e4n lukemisen taito, jotta voi arvioida omassa ty\u00f6ss\u00e4 vastaan tulevien aineiden kemiallisia ominaisuuksia<\/em><\/p>\n

Perustiedot aineen rakenteesta kuuluvat yleissivistykseen ja niiden tulisi olla tuttuja jo peruskoulusta. Jos asiat kuitenkin ovat p\u00e4\u00e4sseet unohtumaan, t\u00e4ss\u00e4 on oiva paikka kerrata ne! T\u00e4ss\u00e4 osiossa on paljon teksti\u00e4 ja kuvia: niiden tarkoitus on auttaa sinua kertaamaan asiat ilman, ett\u00e4 joudut kesken kaiken etsim\u00e4\u00e4n tietoa itse.<\/p>\n

Kemian opintojen kannalta on t\u00e4rke\u00e4\u00e4, ett\u00e4 aineen rakenne on tuttu ja alkuaineiden jaksollista j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4 osaa lukea. Ilman n\u00e4it\u00e4 taitoja on vaikea saavuttaa riitt\u00e4v\u00e4\u00e4 ymm\u00e4rryst\u00e4 erilaisia ty\u00f6ss\u00e4si k\u00e4ytett\u00e4vi\u00e4 kemikaaleja koskien.<\/p>\n

Aineen rakenne<\/h3>\n

Kaikki ymp\u00e4rill\u00e4mme olevat esineet, kasvit, el\u00e4imet, vesi ja ilmakin koostuvat erilaisista aineista. Aine voi olla puhdasta ainetta tai useamman puhtaan aineen seos. Puhdas aine sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 m\u00e4\u00e4ritelm\u00e4n mukaan vain yhdenlaisia rakenneosia: puhdas rauta koostuu rauta-atomeista, puhdas sokeri puolestaan sokerimolekyyleist\u00e4. Seoksessa on sekaisin erilaisia rakenneosia: pronssissa on sekaisin kupari- ja tina-atomeita, mehussa vesimolekyylej\u00e4 ja erilaisten maku- ja v\u00e4riaineiden molekyylej\u00e4.<\/p>\n

Kaikki aine koostuu atomeista oli sitten kyseess\u00e4 puhdas aine tai seos. Atomit on siis kaiken aineen perusyksikk\u00f6. Atomit itsess\u00e4\u00e4n koostuvat pienemmist\u00e4 hiukkasista: protoneista<\/strong>, neutroneista<\/strong> ja elektroneista<\/strong>. Jokaisessa atomissa on keskell\u00e4 ydin: ydin koostuu positiivisesti varatuista protoneista ja s\u00e4hk\u00f6isesti neutraaleista (eli varauksettomista) neutroneista. Ytimen ymp\u00e4rilt\u00e4 l\u00f6ytyy negatiivisesti varautuneita elektroneja: elektronien ajatellaan asettuneen ydint\u00e4 ymp\u00e4r\u00f6iville elektronikuorille<\/strong>, joita voi olla kaikkiaan seitsem\u00e4n.<\/p>\n

Oheiseen kuvaan on merkitty atomin osat. Jotta ymm\u00e4rt\u00e4isit kuinka alkuaineiden jaksollinen j\u00e4rjestelm\u00e4 muodostuu, on t\u00e4rke\u00e4\u00e4 tiet\u00e4\u00e4, atomin eri osien nimet, joten paina ne hyvin mieleesi.<\/p>\n

\t\t\t\t\"atomi\"<\/p>\n

Alkuaineiden jaksollinen j\u00e4rjestelm\u00e4<\/h3>\n

Kaikki atomit eiv\u00e4t ole samanlaisia. Se, kuinka monta protonia atomin ytimess\u00e4 on, kertoo mink\u00e4 alkuaineen atomi on kyseess\u00e4. Kaikki atomit, joiden ytimess\u00e4 on 1 protoni, ovat vetyatomeja. Samoin kaikki atomit, joiden ytimess\u00e4 on 92 protonia, ovat uraaniatomeita. Eri alkuaineita on reilusti yli sata, mutta niist\u00e4 vain alle sata esiintyy luonnossa sellaisenaan. Osa alkuaineista on saatu aikaiseksi vain laboratoriossa.<\/p>\n

Kemistin on t\u00e4rke\u00e4\u00e4 tiet\u00e4\u00e4, miten mikin atomi k\u00e4ytt\u00e4ytyy, kun tehd\u00e4\u00e4n kemiallisia kokeita. Atomin k\u00e4yt\u00f6s riippuu sen rakenteesta. Alkuaineet voidaan j\u00e4rjest\u00e4\u00e4 niiden atomien rakenteen mukaan taulukoksi, josta pystyy nopeasti n\u00e4kem\u00e4\u00e4n, miten erilaiset alkuaineet k\u00e4ytt\u00e4ytyv\u00e4t. T\u00e4m\u00e4 taulukko on nimelt\u00e4\u00e4n alkuaineiden jaksollinen j\u00e4rjestelm\u00e4.<\/p>\n

Kuinka alkuaineiden jaksollista j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4 luetaan? Katso oheista jaksollista j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4 ja etsi sielt\u00e4 lukiessasi se, mist\u00e4 teksti kertoo.<\/p>\n

\"elements\"<\/a><\/p>\n

1) Jokaisella alkuaineella on oma yksi- tai kaksikirjaiminen tunnuksensa: kemiallinen merkki.<\/strong> Jos kirjaimia on vain yksi (esimerkiksi vety = H, happi = O), se on aina iso kirjain. Jos kirjaimia on kaksi, ensimm\u00e4inen on aina iso, toinen aina pieni kirjain (esimerkiksi alumiini = Al, plutonium = Pu). Muutamalla alkuaineella ei ole viel\u00e4 omaa nime\u00e4, joten niill\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n kolmikirjaimista v\u00e4liaikaista tunnusta (joka tulee suoraan alkuaineen j\u00e4rjestysnumeron latinan ja kreikankielisest\u00e4 nimest\u00e4).<\/p>\n

2) Alkuaineet ovat jaksollisessa j\u00e4rjestelm\u00e4ss\u00e4 j\u00e4rjestyksess\u00e4 sen mukaan kuinka monta protonia niiden atomien ytimess\u00e4 on.<\/strong> Protonien lukum\u00e4\u00e4r\u00e4 m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 alkuaineen j\u00e4rjestysluvun: jos siis tied\u00e4t alkuaineen j\u00e4rjestysluvun, tied\u00e4t heti my\u00f6s sen, montako protonia sen ytimess\u00e4 on. J\u00e4rjestysluku on t\u00e4ss\u00e4 jaksollisessa j\u00e4rjestelm\u00e4ss\u00e4 kirjoitettu kemiallisen merkin eteen (esimerkiksi 80 Hg\u00a0\u2192 elohopea-atomissa on siis 80 protonia, 17 Cl\u00a0\u2192 klooriatomissa on 17 protonia).<\/p>\n

3) Alkuaineet on j\u00e4rjestetty taulukoon niin, ett\u00e4 samalla rivill\u00e4 olevilla alkuaineilla on yht\u00e4 monta elektronikuorta atomissaan.<\/strong> Rivin numero, joka on kirjoitettu rivin eteen vasemmalle, kertoo siis suoraan tuolla rivilla sijaitsevien alkuaineiden atomien elektronikuorten lukum\u00e4\u00e4r\u00e4n. Huomaa, ett\u00e4 rivit jatkuvat koko taulukon ylitse: Rivill\u00e4 1 on siis kaksi ainetta, H ja He. Rivill\u00e4 2 on kahdeksan ainetta, Li, Be, B, C, N, O, F ja Ne. Samoin rivill\u00e4 3 on kahdeksan ainetta. Kun siis tied\u00e4t, mill\u00e4 rivill\u00e4 alkuaine jaksollisessa j\u00e4rjestelm\u00e4ss\u00e4 sijaitsee, tied\u00e4t heti my\u00f6s sen atomien elektronikuorten lukum\u00e4\u00e4r\u00e4n (esimerkiksi Au on rivill\u00e4 6, joten elektronikuoria on sen atomissa kuusi kappaletta; P on rivill\u00e4 3, joten sen atomissa on kolme elektronikuorta).<\/p>\n

4) Alkuaineen kemialliset ominaisuudet m\u00e4\u00e4r\u00e4ytyv\u00e4t sen mukaan, kuinka monta elektronia sen atomin uloimmalla kuorella on.<\/strong> T\u00e4m\u00e4kin selvi\u00e4\u00e4 jaksollisesta j\u00e4rjestelm\u00e4st\u00e4. Korkeita pystysarakkeita on taulukossa kahdeksan. Se, mihin korkeaan pystysarakkeeseen alkuaine kuuluu, kertoo sen uloimman elektronikuoren elektronien lukum\u00e4\u00e4r\u00e4n seuraavasti: Ensimm\u00e4iseen pystysarakkeeseen (ylimp\u00e4n\u00e4 H) kuuluvilla on uloimmalla elektronikuorellaan 1 elektroni. Toiseen pystysarakkeeseen (ylimp\u00e4n\u00e4 Be) kuuluvilla on uloimmalla elektronikuorellaan 2 elektronia. Kolmanteen korkeaan pystysarakkeeseen (ylimp\u00e4n\u00e4 B) kuuluvilla on uloimmalla elektronikuorellaan 3 elektronia. Nelj\u00e4nteen korkeaan pystysarakkeeseen kuuluvilla on uloimmalla elektronikuorellaan 4 elektronia… Kahdeksanteen korkeaan pystysarakkeeseen (ylimp\u00e4n\u00e4 He) kuuluvilla alkuaineilla on atomissaan uloimmalla elektronikuorellaan 8 elektronia (ainoa poikkeus t\u00e4st\u00e4 on itse He, jolla uloimmalla kuorella on vain 2 elektronia). Kun tied\u00e4t, mihin n\u00e4ist\u00e4 korkeista pystysarakkeista alkuaine kuuluu, tied\u00e4t heti my\u00f6s sen, montako elektronia sen atomin uloimmalla elektronikuorella on (esimerkiksi Ca on toisessa korkeassa pystysarakkeessa\u00a0\u2192 2 elektronia, Cl on seitsem\u00e4nness\u00e4 korkeassa pystysarakkeessa\u00a0\u2192 7 elektronia). Korkeiden pystysarakkeiden v\u00e4liin j\u00e4\u00e4vi\u00e4 matalia pystysarakkeita ei t\u00e4m\u00e4 s\u00e4\u00e4nt\u00f6 koske.<\/p>\n

Teht\u00e4v\u00e4 A:<\/h3>\n

Alkuaineiden jaksollista j\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4 apunasi k\u00e4ytt\u00e4en<\/strong> selvit\u00e4 mist\u00e4 aineista seuraavassa on kysymys<\/strong> (pelkk\u00e4 kemiallinen merkki riitt\u00e4\u00e4 vastaukseksi). Teht\u00e4v\u00e4n alla on avuksesi piirretyt mallit t\u00e4m\u00e4n tapaisten teht\u00e4vien ratkaisusta, jos teht\u00e4v\u00e4t eiv\u00e4t pelk\u00e4st\u00e4\u00e4n yll\u00e4olevalla ohjeistuksella onnistu.<\/p>\n

    \n
  1. Aine, jonka atomissa on 25 protonia:<\/li>\n
  2. Aine, jonka atomissa on 3 protonia:<\/li>\n
  3. Aine, jonka atomissa on 3 elektronikuorta ja 2 elektronia uloimmalla kuorella:<\/li>\n
  4. Aine, jonka atomissa on 2 elektronikuorta ja 4 elektronia uloimmalla kuorella:<\/li>\n<\/ol>\n

    Kun olet saanut ratkaistua teht\u00e4v\u00e4t, tarkista t\u00e4m\u00e4n sivun alalaidasta, ett\u00e4 teht\u00e4v\u00e4 meni oikein!<\/strong><\/p>\n

    \"jaksollinen_merkit_1000\"<\/a><\/p>\n

    \"jaksollinen_mika_aine_1_1000\"<\/a><\/p>\n

    \"jaksollinen_mika_aine_2_1000\"<\/a><\/p>\n

    Alkuaineiden nimet ja kemialliset merkit<\/h3>\n

    Alkuaineiden kemiallisia merkkej\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n esimerkiksi ilmoitettaessa jonkin yhdisteen koostumus: H2<\/sub>O (vesi), NaCl (ruokasuola), C6<\/sub>H12<\/sub>O6<\/sub> (glukoosi). T\u00e4m\u00e4 on lyhyt tapa ilmoitaa, mist\u00e4 atomeista yhdiste koostuu. Jos jotakin atomia on yhdisteess\u00e4 monta kappaletta, se ilmoitetaan kirjoittamalla numero kyseisen atomin kemiallisen merkin per\u00e4\u00e4n alaindeksiksi: H2<\/sub>SO4<\/sub> (rikkihappo) \u2192 2 kappaletta vetyatomeja (H), yksi rikkiatomi (S) ja 4 happiatomia (O).<\/p>\n

    Kun luetaan, mist\u00e4 atomeista yhdiste koostuu, on hyvin t\u00e4rke\u00e4\u00e4 kiinnitt\u00e4\u00e4 huomiota siihen, ovatko kirjaimet isoja vai pieni\u00e4: Co on eri asia kuin CO (Co = koboltti, CO = hiili + happi = hiilimonoksidi eli h\u00e4k\u00e4). Huomaa siis itsekin kirjoittaessasi, ett\u00e4 alkuaineiden kemiallisissa merkeiss\u00e4 kirjainten koolla on v\u00e4li\u00e4!<\/strong><\/p>\n

    Atomien v\u00e4liset sidokset<\/h3>\n

    Voidakseen muodostaa yhdisteit\u00e4 t\u00e4ytyy atomien tarttua jollakin tavalla kiinni toisiinsa. Ihan mik\u00e4 tahansa atomi ei tartu kiinni ihan mihin tahansa toiseen atomiin. Yhdisteiden muodostumiseen vaikuttaa juuri atomien uloimman elektronikuoren elektronien lukum\u00e4\u00e4r\u00e4, jonka voit aina tarkistaa alkuaineiden jaksollisesta j\u00e4rjestelm\u00e4st\u00e4. Muodostaessaan sidosta toisen atomin kanssa, atomilla on tavoitteena oktetti eli kahdeksan elektronia uloimmalla elektronikuorella.<\/p>\n

    Kemiallisia sidoksia on kolmea p\u00e4\u00e4tyyppi\u00e4:<\/h4>\n

    1) Ionisidos<\/strong><\/p>\n

    Atomit voivat luovuttaa uloimpia elektronejaan tai ottaa vastaan elektroneja uloimmalle elektronikuorelleen. Kun atomi luovuttaa pois yhden negatiivisen elektronin, atomi muuttuu positiivisesti varatuksi ioniksi. Jos atomi ottaa vastaan yhden elektronin, atomista tulee negatiivisesti varautunut ioni. Ioni on siis atomi (tai useamman atomin ryp\u00e4s), jolla on s\u00e4hk\u00f6inen varaus. Perustilassaan oleva atomi on varaukseton, koska sen elektronikuorilla on yht\u00e4 monta negatiivisesti varattua elektronia kuin sill\u00e4 on positiivisesti varattuja protoneja ytimess\u00e4\u00e4n.<\/p>\n

    Atomin tavoite on oktetti: kahdeksan elektronia uloimmalla elektronikuorella. Atomi voi p\u00e4\u00e4st\u00e4 t\u00e4h\u00e4n tavoitteeseen kahdella tavalla. Jos sen uloimmalla elektronikuorella on 1, 2 tai 3 elektronia, se voi luovuttaa ne kaikki pois, jolloin uloin elektronikuori lakkaa olemasta, ja sen alta paljastuu uusi elektronikuori, jolla on jo valmiiksi 8 elektronia. Jos atomin uloimmalla elektronikuorella on 5, 6 tai 7 elektronia, se mielell\u00e4\u00e4n ottaa vastaan elektroneja niin monta, ett\u00e4 saa uloimmalle kuorelleen oktetin.<\/p>\n

    Kaksi ionia, joilla on erimerkkinen s\u00e4hk\u00f6varaus (toinen on siis positiivinen ja toinen negatiivinen), vet\u00e4v\u00e4t toisiaan puoleensa: niiden v\u00e4lill\u00e4 on s\u00e4hk\u00f6inen vuorovaikutus. T\u00e4st\u00e4 vuorovaikutuksesta syntyy ionisidos kahden ionin v\u00e4lille. Yhdisteit\u00e4, joita pit\u00e4\u00e4 kasassa ionisidos, kutsutaan suoloiksi.<\/p>\n

    Ionisidokselliset aineet ovat yleens\u00e4 kiteisi\u00e4 ollessaan kiinte\u00e4ss\u00e4 olomuodossa. Ne liukenevat veteen, jolloin ionisidos atomien v\u00e4lilt\u00e4 katkeaa, ja aine hajoaa takaisin yksitt\u00e4isiksi ioneiksi. Koska ionisidoksellisten yhdisteiden vesiliuos sis\u00e4lt\u00e4\u00e4 ioneja, se johtaa hyvin s\u00e4hk\u00f6\u00e4.<\/p>\n

    Ionisidos syntyy aina kahden ionin v\u00e4lille. Ioni on s\u00e4hk\u00f6isesti varautunut atomi tai atomien muodostama ryp\u00e4s. Kuvassa on esitetty kahden erimerkkisen ionin syntyminen.<\/p>\n

    \"syntyy_ioni_1000\"<\/a><\/p>\n

    Kahdesta syntyneest\u00e4 ionista voi muodostua ionisidoksellinen yhdiste eli suola, jos ne kohtaavat toisensa. Kuten kuvassa on esitetty, ionit eiv\u00e4t pid\u00e4 toisistaan kiinni vaan pysyv\u00e4t yhdess\u00e4 vain s\u00e4hk\u00f6isen vuorovaikutuksen takia. <\/p>\n

    \"syntyy_suola_1000\"<\/a><\/p>\n

    2) Metallisidos<\/strong><\/p>\n

    Metalleissa sidos on t\u00e4t\u00e4 tyyppi\u00e4. Metalliatomien uloimmalla elektronikuorella on yleens\u00e4 1 tai 2 elektronia (t\u00e4t\u00e4 ei suoraan n\u00e4e jaksollisesta j\u00e4rjestelm\u00e4st\u00e4, koska metallit kuuluvat niihin mataliin pystysarakkeisiin, joihin j\u00e4rjestelm\u00e4n lukus\u00e4\u00e4nt\u00f6 ei p\u00e4de). Kiinte\u00e4ss\u00e4 olomuodossa ollessaan metallin atomit ovat pakkautuneet s\u00e4\u00e4nn\u00f6llisesti ja tiiviisti. Uloimman elektronikuoren elektronit ovat kuitenkin kiinni varsin l\u00f6yh\u00e4sti, joten ne p\u00e4\u00e4sev\u00e4t vaeltamaan atomilta toiselle. Metalli koostuu siis oikeastaan positiivisista metalli-ioneista ja niiden v\u00e4leiss\u00e4 vaeltavista negatiivisista elektroneista. Kuten ionisidoksenkin tapauksessa, positiivisten metalli-ionien ja negatiivisten elektronien v\u00e4lill\u00e4 on s\u00e4hk\u00f6inen vuorovaikutus. T\u00e4st\u00e4 vuorovaikutuksesta syntyy metallisidos. Koska elektronit p\u00e4\u00e4sev\u00e4t helposti vaeltamaan metalli-ionien lomitse, metallit johtavat hyvin s\u00e4hk\u00f6\u00e4.<\/p>\n

    \"metallisidos_1000\"<\/a><\/p>\n

    3) Kovalenttinen sidos<\/strong><\/p>\n

    Kaikki atomit eiv\u00e4t noin vain luovukaan omista elektroneistaan. Jos tahtoo muodostaa yhdisteen sellaisen atomin kanssa, t\u00e4ytyy tyyty\u00e4 jakamaan elektroneja. Esimerkiksi hiili (C), jolla on uloimmalla elektronikuorellaan 4 elektronia, ei mielell\u00e4\u00e4n niist\u00e4 luovu, mutta se suostuu kyll\u00e4 elektronien yhteisomistukseen muiden atomien kanssa. Happi (O), jolta puuttuu oktetista kaksi elektronia, esiintyy yleens\u00e4 happimolekyylein\u00e4 O2<\/sub>: molemmat hapet ovat antaneet yhteisiksi elektroneiksi kaksi elektronia, jolloin molemmille j\u00e4\u00e4 nelj\u00e4 ihan omaa elektronia ja lis\u00e4ksi on nelj\u00e4 yhteist\u00e4, eli molemmat happiatomit voivat kuvitella omistavansa 8 elektronia. T\u00e4llainen jaettujen elektronien v\u00e4lityksell\u00e4 syntyv\u00e4 sidos on nimelt\u00e4\u00e4n kovalenttinen sidos. Yhdisteit\u00e4, jotka muodostuvat kovalenttisin sidoksin, kutsutaan molekyyliyhdisteiksi.<\/p>\n

    \"kovalenttinen_1000\"<\/a><\/p>\n

    Joillakin molekyyleill\u00e4 on sis\u00e4inen varausjakauma: kun katsomme molekyyli\u00e4 kaukaa, se n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 s\u00e4hk\u00f6isesti t\u00e4ysin neutraalilta, mutta l\u00e4helt\u00e4 katsoessamme huomaamme, ett\u00e4 molekyylin toinen p\u00e4\u00e4 on aavistuksen verran negatiinen ja toinen positiivinen. N\u00e4in on esimerkiksi vesimolekyylin (H2<\/sub>O) kohdalla: juuri sen takia se liuottaa suoloja niin hyvin. Molekyyli, jolla on t\u00e4llainen sis\u00e4inen varausjakauma, muistuttaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan varsin paljon ioniyhdistett\u00e4: t\u00e4st\u00e4 syyst\u00e4 ei voida vet\u00e4\u00e4 tarkkaa rajaa sille, onko jokin yhdiste ioni- vai molekyyliyhdiste.<\/p>\n

    \"poolinen_1000\"<\/a><\/p>\n

    Kun kemisti tahtoo kertoa hieman tarkemmin, millaisesta molekyylist\u00e4 on kyse, h\u00e4n kirjoittaa n\u00e4kyville molekyylikaavan (jossa on pelkki\u00e4 kirjaimia ja numeroita, esim. H2<\/sub>O) sijasta rakennekaavan, josta n\u00e4kyv\u00e4t eri atomien v\u00e4liset sidokset (esim. H \u2013 O\u00a0\u2013 H). Yksi jaettu elektronipari muodostaa aina yhden sidoksen, jota kuvataan yksinkertaisella viivalla. Kun jaettuja elektroneja on enemm\u00e4n, tulee sidosviivojakin piirt\u00e4\u00e4 n\u00e4kyville useampia. Kuva selvent\u00e4\u00e4 merkint\u00e4tapaa.<\/p>\n

    \"sidosviiva_1000\"<\/a><\/p>\n

    Kertaus: mit\u00e4 sinun tulee osata tehty\u00e4si t\u00e4m\u00e4n osion<\/h3>\n