Astu kanssamme laboratorioiden ja kemiallisten yhdisteiden taakse, tutustu elektronikuorien saloihin ja ota selvää, miksi juuri nämä mikroskooppiset hiukkaset muodostavat kaiken sen, mitä ympärillämme on. Tutustumme molekyylien maailmaan, jossa vety ja happi voivat yhdistyä muodostaen elämän kannalta olennaisimman molekyylin: veden.
We will navigate the world of molecules, where hydrogen and oxygen can come together, giving rise to the most crucial molecule for life: water. Embark on this scientific odyssey to unravel the secrets of atoms and the fascinating role they play in shaping the world around us. We delve into the world of molecules, where hydrogen and oxygen can unite, giving rise to the most crucial molecule for life: water. - ChatGPT Turbo 3.5
- Elektronipilvi on keskeinen käsite atomirakenteen ymmärtämisessä ja se liittyy tiiviisti kvanttimekaniikan periaatteisiin. Elektronikuori viittaa siihen alueeseen atomissa, jossa elektronit pääasiassa liikkuvat. Atomit koostuvat yhdestä tai useammasta elektronikuoresta, jotka puolestaan jakautuvat eri energiatasoihin tai orbitaaleihin. Perinteisesti elektronikuoria kuvataan kirjaimilla K, L, M, N, jne.
- Elektronit noudattavat useita periaatteita, joista yksi on Heisenbergin epätarkkuusperiaate
- Bohrin malli on yksinkertainen tapa kuvata atomin rakennetta.
- Kemiallisen alkuainetaulukon jaksollisen järjestelmän kehittivät itsenäisesti Dmitri Mendeleev (Дми́трий Ива́нович Менделе́ев) Venäjällä ja Lothar Meyer Saksassa 1869. Mendeleevin ja Meyerin aikaansaamat jaksolliset järjestelmät perustuivat alkuaineiden ominaisuuksiin ja niiden järjestelyyn nousevaan atomipainoon. Mendeleevin versio oli erityisen vaikutusvaltainen, koska hän ennusti joukon puuttuvia alkuaineita ja jätti taulukkoon tyhjiä paikkoja niiden odotettujen ominaisuuksien mukaan.
- Kovalenttisidos on kemiallinen sidos, joka muodostuu kahden atomien välille, kun ne jakavat elektroneja. Tämä sidos vahvistaa molekyylin rakennetta. Eteenissä (CH2=CH2) hiiliatomit jakavat kaksi elektroniparia, eli ne muodostavat kaksoissidoksen. [Wikipedia]
- Jaksollinen järjestelmä peda.net
- molekyylikaava, rakennekaava, pallotikkumalli, kalottimalli, elektronirakennemalli
Protonien lukumäärä määrittelee mistä alkuaineesta on kyse. Niiden lukumäärä ilmoitetaan järjestysluvulla. Titaani kemia 7-9 Ytimessä olevien neutronien määrä voi vaihdella ytimessä. Katso esim. to Vety.
Vety
Vedyn H yleisimpiä isotooppeja ovat protium, deuterium ja tritium.
Protium (¹H): Se on yleisin vedyn isotooppi ja sen ytimessä on yksi protoni. Suurin osa maan päällisestä vedystä on protiumia. Tämän isotoopin ydin koostuu vain yhdestä protonista - yli 99.98% vedystä on tätä isotooppia.
Deuterium (²H tai D): Tämä on vedyn toinen isotooppi, jossa ytimessä on protoni ja neutroni. Deuteriumia löytyy luonnosta, ja se esiintyy noin 0.015 %:n osuudella maan päällisestä vedystä.
Tritium (³H tai T): Tämä on vedyn radioaktiivinen isotooppi, jossa ytimessä on protoni ja kaksi neutronia. Tritium ei ole vakaa ja hajoaa beetahajoamisen kautta.
Sinkkioksidinanopagodisolukko saattaa mahdollistaa tehokkaan vedyn tuotannon. tekniikka ja talous
Helium
Helium He on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on He ja järjestysluku 2. Helium on yksi niistä harvoista alkuaineista, jotka ovat täysin inerttejä normaaleissa olosuhteissa.
3. Litium
Litium Li kuuluu alkalimetallien ryhmään kemiallisessa jaksollisessa järjestelmässä.
- Litiumin markkinahinnat romahtivat Arvopaperi 2023: Maailmanmarkkinaa on runnonut sähköautomarkkinan takapakki.
- Lithium price chart
- 600000 Yuan 10/2022
- 95000 Yuan (RNY) 12/2023
- Litium Suomesta iltalehti 12/2023: Rapasaari (Kaustinen)
- Sibanyestillwater
- Keskipohjalaisen suon alla on satumainen malmiaarre, jota maailma himoitsee, YLE 14.11.2020
- “Suon alla makaa aarre, yli 9 miljoonaa tonnia litiummalmia spodumeenikiveen sitoutuneena.”
- “Valtameristä katosi jonnekin 1 500 miljardia tonnia litiumia eli 85 % – siinä olisi ollut akkuja 1 000 000 vuodeksi” Mikrobitti 24.1.2024
- “Litiumia päätyy meriin erityisesti merenpohjan kuumista lähteistä”
- “Vuonna 2022 litiumin tuotanto puhtaaksi metalliksi laskettuna oli maailmassa 130 000 tonnia, mutta määrän odotetaan seuraavan 20 vuoden aikana jopa kymmenkertaistuvan hieman yli miljoonaan tonniin.”
Beryllium
Beryllium Be on alkuaine. “Se on kevein maa-alkalimetalleista. Berylliumin löysi Louis Nicolas Vauquelin vuonna 1798 tutkiessaan beryllimineraaleja. Beryllium ei esiinny luonnossa vapaana alkuaineena, vaan ainoastaan mineraaleinaan, kuten beryllinä.” Wikipedia
Perusteellisen ja yksityiskohtaisen arvioinnin jälkeen beryllium valittiin materiaaliksi JWST-pääpeilille. Hubblesite beryllium.com
Boori
Boori B on kevein booriryhmän alkuaineista. Se on puolimetalli ja tärkeä turvallisuusnäkökulmasta. Boorin sulamispiste on 2 075 °C ja kiehumispiste 4 000 °C. Ydinvoimalan reaktorin jäähdytysvedessä oleva boorin määrää voidaan säätää tarvittaessa hätätilanteissa, mikä voi auttaa hallitsemaan reaktiota ja estämään ylikuumenemisen. Kaksi yleistä boorin muotoa, boorihappo (H₃BO₃) ja boorin isotooppi boori-10 (¹⁰B), ovat keskeisiä tällaisissa sovelluksissa.
Hiili
Hiili C on keskeinen osa fossiilisia polttoaineita, kuten öljyä ja kivihiiltä, ja se on olennainen elementti ilmastonmuutosta koskevissa keskusteluissa hiilidioksidin pääasiallisena lähteenä. Hiili on myös olennainen tekijä teollisissa sovelluksissa, kuten teräksen valmistuksessa ja elektroniikkateollisuudessa. Hiiliryhmän alkuaineet muodostavat usein kovalenttisia sidoksia - sellaisia sidos muodostuu yhteisillä elektronipareilla. Esim. C=O=C sidos on luja ja sidoksen katkaiseminen vaatii paljon energiaa.
- UUTISET 19.06.2017: De Beers osti laivan etsimään timantteja Namibian mannerjalustalta
Typpi
Typpi N on väritön, hajuton ja mauton kaasu, joka muodostaa noin 78 prosenttia maan ilmakehästä. Typpi reagoi hapen kanssa tuottaen typpidioksidia (NO₂) ja typpimonoksidia (NO). Nämä yhdisteet voivat olla ilmansaasteita, mutta ne myös osallistuvat moniin biologisiin prosesseihin.
8. Happi
Happi O on elintärkeä kaasu, jota tarvitaan elämän ylläpitämiseksi. Se on väritön, hajuton ja mauton kaasu, ja se muodostaa noin 21 prosenttia maan ilmakehästä. Maapallon painosta 86% muodostuu hapen yhdisteistä. Happi on olennainen aine soluhengityksessä, jossa solut käyttävät sitä energian tuottamiseen. Lisäksi happi on tärkeä monien kemiallisten reaktioiden kannalta ja se muodostaa yhdisteitä monien muiden alkuaineiden kanssa, kuten veden (H₂O) ja monien metallien kanssa. Rautaoksidi.
Suihkukoneet käyttävät yleensä sisäpolttoainetta, kuten lentokonebensiiniä tai kerosiinia, ja ne ottavat hapen ilmakehästä palamiseen. Avaruusraketit, kuten Saturn V, käyttävät yleensä erillisiä rakettipropellantteja, joissa polttoaine ja hapetin ovat erikseen varastoituina. Saturn V -raketti kuljetti mukanaan erilliset säiliöt nestemäistä happea (LOX) ja nestemäistä vetyä, jotka sekoitettiin ja poltettiin rakettimoottoreissa.
9. Fluori
Fluori F on yksi reaktiivisimmista alkuaineista (katso Reaktiivisuus) ja reagoi voimakkaasti monien muiden alkuaineiden kanssa muodostaen fluoriyhdisteitä. Fluori on voimakas oksidantti, mikä tarkoittaa, että se kykenee ottamaan vastaan elektroneja muista aineista. Fluori esiintyy luonnossa usein mineraaleissa, kuten fluoriittina (CaF2) ja apatiittina, mutta sitä voidaan valmistaa myös keinotekoisesti.
Teflon on kauppanimi polytetrafluorieteenille (PTFE), joka on erittäin liukas ja lämmönkestävä muovi. Teflonin löysi vahingossa kemisti Roy Plunkett vuonna 1938 DuPontin laboratoriossa, kun hän yritti kehittää uutta kylmälaitetta.
Fluori liittyy myös klooriin monissa yhdisteissä, kuten kloorifluorikarbonaateissa (CFC). CFC-yhdisteitä käytettiin aikaisemmin laajasti muun muassa jäähdytysaineina ja aerosolien propellenteina. Kuitenkin niiden haitalliset vaikutukset otsonikerrokseen johtivat Montrealin pöytäkirjaan vuonna 1987, joka pyrki rajoittamaan CFC-yhdisteiden käyttöä.
- Fluoriyhdisteet
- Happea tehokkaampi hapetin olisi vain fluori, jota ei sen myrkyllisyyden vuoksi voida käyttää. Toisen maailmansodan aikana Saksassa siitä käytettiin nimitystä A-Stoff.
10. Neon
Neon Ne on inertti jalokaasu, mikä tarkoittaa, että se on kemiallisesti alkuiaineista vakain ja se ei reagoi helposti muiden aineiden kanssa. Se esiintyy pieninä määrinä maan ilmakehässä. Jalokaasuilla on uloimmalla kuorella 8 elektronia (oktetti). Titaani kemia 7-9, s.88
Neonin ominaisuus tuottaa näkyvää valoa, kun sille annetaan sähkövirtaa, tekee siitä ihanteellisen materiaalin tällaisiin sovelluksiin. Las Vegasissa käytettiin ensimmäisiä neonvalomainoksia 1930-luvulla, ja ne nopeasti nousivat suosioon. Tokion Shinjukussa ja Kabukicho-korttelissa, nähdään lukuisia neonvaloja, jotka luovat futuristisen ja eloisuutta huokuvan ilmapiirin.
Neonin ominaisväri on punainen, mutta muita värejä voidaan tuottaa lisäämällä muita kaasuja tai pinnoittamalla putki erilaisilla materiaaleilla. Helium-neon (HeNe) laserilla oli tärkeä rooli laserien kehityksessä, laserdiodit ovat nykyään yleisempiä monissa kuluttaja- ja teollisuussovelluksissa niiden kätevyyden ja tehokkuuden vuoksi.
11. Natrium
Natriumin Na yhdisteistä ruokasuola eli natriumkloridi sekä sooda eli natriumkarbonaatti ovat olleet tunnettuja jo tuhansia vuosia. Natriumia valmistetaan elektrolysoimalla natriumkloridia (NaCl) tai natriumhydroksidia (NaOH). Neutraalia atomista natriumia esiintyy myös ilmakehättömillä planeetoilla ja kuilla, kuten Kuussa ja Merkuriuksessa. Wikipedia
Natrium on metalli, ja sen reaktio veden kanssa voi olla voimakas ja jopa räjähtävä. Kun natrium joutuu kosketuksiin veden kanssa, se voi aiheuttaa voimakkaan eksoterminen reaktion, vapauttaen vetykaasua ja muodostaen emäksisen liuoksen.
Reaktio voidaan kuvata seuraavasti: 2Na + 2H20 -> 2NaOH + H2
natrium (Na) reagoi kloorikaasun (Cl₂) kanssa muodostaen kiinteää natriumkloridia (NaCl). Reaktio on eksoterminen eli se vapauttaa energiaa.
Kaliumkloridia käytetään laajalti maataloudessa lannoitteena, koska se sisältää kaliumia, joka on tärkeä ravinteiden lähde kasveille. Kaliumkloridia käytetään myös elintarviketeollisuudessa ja suolan korvikkeena ruoanlaitossa.
12. Magnesium
Magnesium on kevyt, kirkkaan hopeanvalkoinen maa-alkalimetalli, joka on ihmisille ja eläimille välttämätön kivennäisaine. Magnesiumin merkittävimmät esiintymisalueet ovat Ukraina, Kiina, Pohjois-Korea, Venäjä ja Australia. Wikipedia
Magnesium on herkkä korroosiolle kosteassa ympäristössä, ja siksi sitä käytetään usein erilaisten pinnoitteiden tai seosten kanssa, jotka parantavat sen kestävyyttä. Magnesiumin käytössä on otettava huomioon myös turvallisuuskysymykset, erityisesti palovaaran vuoksi. Sitä käytettiin pölynä aikoinaan valokuvauksessa (salamavalo).
- Mercedes-Benz 300 SLR
- Le Mans 1955 onnettomuus: “Leveghin 300 SLR:n magnesiumia sisältänyt Elektron-kori paloi lähes tunnin ajan. Palomiehet eivät olleet tietoisia, että sammutusvesi vain kiihdytti paloa ja aiheutti valkoliekillä palavan magnesiumin räiskeitä.”
- “Kyseessä on moottoriurheilun historian pahin onnettomuus.”
13. Alumiini
Alumiini on kevyt ja kestävä metalli, jolla on monipuolisia käyttötarkoituksia. Se on helposti muovattavissa. Se on kemiallinen alkuaine, jonka järjestysluku on 13 ja kemiallinen merkki Al. Alumiini on yleinen metalli maankuoressa, ja sitä löytyy muun muassa bauksiitista Al₂O₃.
Luonnostaan se muodostaa ohuen alumiinioksidikerroksen pinnalleen, estäen korroosion ja tekeen siitä ruostumattoman. Alumiinijauhetta käytetään monissa sovelluksissa, kuten metallurgiassa, tulenkestävissä materiaaleissa ja pyrotekniikassa. Toisaalta, korundi viittaa alumiinioksidimineraaliin, joka on monipuolinen materiaali ja tunnetaan erityisesti suuresta kovuudestaan ja kulutuksenkestävyydestään. Lisäksi berylli on harvinainen alkalimaa, joka on erittäin kevyt ja kestävä, ja sitä käytetään erityisesti avaruustekniikassa ja elektroniikkateollisuudessa sen erinomaisten mekaanisten ja lämmönjohtavuusominaisuuksien vuoksi.
- Oleg Deripaska voitti alumiinisodan Roman Abramovitšin avulla ja perusti vuonna 2000 jättimäisen RusAlin.
14. Pii Si Silicon
Pii (Si) on epämetalli, ja sen atomirakenne muistuttaa hiilen rakennetta. Pii ja hiili kuuluvat samaan ryhmään. Piin ja hapen yhdisteitä kutsutaan piidioksideiksi (SiO2). Yksi tunnetuimmista piidioksidista on kvartsi, joka on laajalti käytetty kiteinen mineraali. Sitä käytetään esimerkiksi lasin, keraamisten ja elektroniikan valmistuksessa.
Piikidemateriaalia käytetään mikropiireissä ja transistorien valmistuksessa. Piiominaisuudet mahdollistavat sähkövirran ohjaamisen ja komponenttien valmistamisen mikroskooppisen pieniksi. Pii on keskeinen materiaali modernissa tekniikassa ja elektroniikkateollisuudessa, ja sen ainutlaatuiset ominaisuudet ovat olleet avainasemassa monissa teknologisissa innovaatioissa.
15. Fosfori P Phosphine
Fosfori on alkuaine, joka esiintyy useina allotrooppisina muotoina, joista yksi on valkoinen fosfori. Vaikka fosfori on tärkeä maanviljelyssä lannoitteiden muodossa, valkoinen fosfori voi olla erittäin reaktiivinen ja vaarallinen aine. Hampurin pommituksessa toisen maailmansodan aikana (1943) liittoutuneet pudottivat fosforipommeja, joissa valkoinen fosfori syttyi ja aiheutti laajoja tulipaloja.
- Breaking Bad – poisoning gangsters with phosphine gas
16. Rikki S Sulphur
Rikki, Se on yleinen, mauton ja hajuton, väriltään keltainen epämetalli. Yksi tunnetuimmista rikkiyhdisteistä, joka tunnetaan voimakkaasta hajusta, on vetydisulfidi (H2S). Toisaalta joissakin kulttuureissa rikkiyhdisteitä, kuten valkosipulia ja sipulia sisältäviä ruokia, pidetään herkullisina, vaikka ne voivat aiheuttaa voimakasta hajua.
Rikki on tunnettu jo antiikin aikana. Siitä on käytetty suomen kielessä myös vanhahtavaa nimeä tulikivi, sillä se syttyy helposti palamaan, jolloin syntyy pistävän hajuista, tulikivenkatkuista rikkidioksidia, SO2. Wikipedia
17. Kloori Cl
Kloori (Cl2) oli yksi ensimmäisistä käytetyistä myrkyllisistä kaasuista ensimmäisen maailmansodan aikana (1914–1918). Kloorikaasua käytettiin ensimmäistä kertaa laajasti sodankäynnissä Ison-Britannian ja Saksan joukkojen toimesta Ypresin taistelussa vuonna 1915. saksalaiset tappoivat 5 000 sotilasta kloorikaasulla. Myös britit ottivat käyttöön kaasuaseen. Wikipedia Yksi kuvaus kloorikaasun hengittämisestä on, että se aiheuttaa polttavaa tunnetta, ikään kuin poskeontelot kuumenisi. Kaasu ärsytti silmiä, nenää ja kurkkua, ja se johti vakaviin hengitysteiden vaurioihin. Kloorikaasun käyttö synnytti myös kiellon kemiallisten aseiden käytöstä Geneven sopimuksen mukaisesti.
Natriumhypokloriitti (NaClO) on kemiallinen yhdiste, joka tunnetaan tehokkaana desinfiointiaineena. Se sisältää klooria (Cl) ja on laajasti käytetty desinfiointitarkoituksiin erilaisissa sovelluksissa. Natriumhypokloriitti voi reagoida myös suolahapon (HCl) kanssa, ja tämä reaktio voi johtaa vapautuvaan kloorikaasuun (Cl₂). Tällaisia reaktioita voidaan käyttää esimerkiksi veden desinfiointiin tai puhtaanapitoon teollisuudenalalla.
18. Argon (Ar)
19. Kalium
20. Kalsium - Calsium
21. Skandium Sc
Skandium Sc on harvinainen alkuaine, joka kuuluu lantanoidien ja aktinoidien väliseen harvinaisten maametallien ryhmään. Vaikka skandiumia ei esiinny luonnossa suurina määrinä yhdessä paikassa maankuoressa, sitä löydetään yleisesti hajautuneena eri mineraaleissa.
Skandium sekoitetaan alumiinin kanssa, mikä parantaa metallin lujuutta ja kestävyyttä. Toinen merkittävä käyttöalue on valaistusteollisuus, erityisesti monimetallilamppujen valmistuksessa. Skandiumin lisääminen lamppujen valmistusmateriaaleihin voi parantaa valaisimen tehokkuutta ja valonsäteilyn laatua. Yksi skandiumin käyttökohde on urheiluvälineiden valmistus, esimerkiksi kilpapyörien ja baseball-mailojen tuotannossa.
22. Titaani
23. Vanadiini
26. Rauta
Rauta on siirtymämetallien ryhmään kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Fe.
- LKAB
- “Pohjois-Ruotsin rautamalmikuljetukset maailmalle yhä poikki – malmiradan korjaustyöt Kiirunassa jatkuvat koko tammikuun” yle 9.1.2024: “Kiirunan kaivos tuottaa 80 prosenttia kaikesta EU:n rautamalmista.”
- SSAB
- tulipalo
- SSAB:n Lindqvist: Fossiilivapaa teräs muuttaa pelin raskaassa liikenteessä salkunrakentaja
- DN: Suomesta on viety terästä sotaa käyvälle Venäjälle – teräsyhtiö kommentoi:
- “SSAB kieltäytyi pitkään DN:n haastattelusta. Lopulta kuitenkin SSAB Europen johtaja Olavi Huhtala suostui lehden haastatteluun.”
- “Hän sanoi lehdelle, että yritys ei ole kyennyt löytämään minkäänlaista tietoa siitä, että sen terästä on edelleen viety Venäjälle.” IS 19.10.2023
48. Kadmium
Aikaisemmin kadmiumia on käytetty muun muassa teräksen päällystämisessä, mutta siitä on luovuttu kadmiumin ympäristöhaittojen takia. wikipedia Raskasmetalli ja päätyy elimistöön esim. kalasta. opasnet
52. Telluuri
Näyttää tinalta.
84. Polonium
Pollonium on radioaktiivinen puolimetalli, joka nimettiin löytäjänsä Marie Curien syntymämaan Puolan mukaan. Wikipedia Marraskuussa 2006 Aleksandr Litvinenko murhattiin myrkyttämällä polonium-210:lla. YLE Poloniumia tuotetaankin ydinvoimaloissa, etupäässä Venäjällä.MTV3
92. Uraani
Uraani U: “235U-isotooppia voidaan käyttää ydinpolttoaineena energiantuotantoon ja ydinaseiden valmistamiseen.” ja “Uraani kuuluu aktinoideihin. Se on kohtalaisen reaktiivinen metalli. Se reagoi hyvin epämetallien, kuten hapen, rikin, fosforin ja halogeenien, kanssa.”
- Uraanin suurimmat tuottajat ovat Kanada, Australia ja Niger. Wikipedia
- Talouselämä 18.8.2023: Uraanin suurimmat tuottajat ovat Kazakstan (21227 tonnia), Kanada (7351), Namibia (5613), Australia. Uraania talvivaarasta - Talouselämä 18.8.2023, World Nuclear Association
- Terrafame 200 tonnia vuodessa (2024- ), www.kriittisetmateriaalit.fi
- Uraanilasi
- “Nanny Still suunnitteli vuonna 1968 Riihimäen Lasille koristeellisen puristelasisarjan, joka sai nimen Grapponia.” YLE
Reaktiivisuus
Uloimman kuoren elektronit ovat kemiallisen reaktiivisuuden kannalta erityisen tärkeitä. Uloimman kuoren elektronit ovat ne, jotka ovat kaikkein etäisimpiä atomiytimestä ja ne määrittävät atomien kemiallisen käyttäytymisen. Tämä johtuu siitä, että uloimman kuoren elektronit ovat ne, jotka ovat helpoimmin saatavilla ja alttiimpia osallistumaan kemiallisiin reaktioihin.
Kun kyseessä on reaktiivisuus, voidaan erottaa kaksi perustyyppiä atomiryhmiä:
Alkalimetallit: Uloimman kuoren elektronit näissä metalliryhmissä ovat helposti irrotettavissa, mikä tekee niistä erittäin reaktiivisia. Ne pyrkivät luovuttamaan yhden elektronin helposti muodostaakseen positiivisia ioneja.
Halogeenit: Uloimman kuoren elektronit näissä ei-metalliryhmissä puolestaan ovat alttiita vastaanottamaan elektroneja, ja ne pyrkivät muodostamaan negatiivisia ioneja. Halogeenit ovat myös reaktiivisia, mutta niiden reaktiotyypit poikkeavat alkali- ja alkalimetalien reaktioista.