Kukista, mehiläisistä ja atomeista

Viimeistään lääketieteellisen valintakokeeseen valmistautuessa on syytä kuulla kukista ja mehiläisistä. Mehiläisten suorittama pölytys jatkaa elämää maapallolla, mutta mistä mehiläiset tietävät käydä kukassa? Ja miten se liittyy atomeihin?

Kukilla on negatiivinen sähkövaraus ja mehiläisillä positiivinen, minkä amerikkalainen varmaan tietääkin, koska hokee mielessään koko ajan be positive. Kukan negatiivisesti varautunut siitepöly takertuu positiiviseen mehiläiseen, ja näin mehiläinen levittää siitepölyä kukasta kukkaan. Mehiläisen käynti poistaa sähkövarauksen, joten kukka ei heti houkuttele turhaan toisia mehiläisiä. (Jos ihan täsmällisiä ollaan, niin läpimurtotutkimus tehtiin kimalaisilla, mutta ketä kiinnostaisi kuulla kukista ja kimalaisista?)

Sama sähkömagneettinen voima, joka ohjaa mehiläisiä kukkiin, pitää atomien protonit ja elektronit yhdessä. On vaikea sanoa, mikä sitoo positiivisesti varautuneet mehiläiset yhdyskunnaksi, mutta atomiytimen protonit käyttävät liimana neutroneja. Siten vetyatomissa, jossa on vain yksi protoni, ei välttämättä ole neutroneja. Sen sijaan kaksi protonia sisältävässä heliumatomissa on oltava aina vähintään yksi neutroni.

Protonien ja neutronien välinen vetovoima perustuu vahvaan vuorovaikutukseen, mutta se menee fysiikan puolelle. Kemistille riittää yleensä tietää, että positiiviset ja negatiiviset sähkövaraukset vetävät toisiaan puoleensa ja samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan.

Atomin protonien lukumäärää sanotaan järjestysluvuksi. Sen avulla voidaan panna alkuaineet järjestykseen, sillä eri alkuaineilla on eri määrä protoneja ytimissään. Järjestysluku merkitään alkuaineen kemiallisen merkin viereen vasempaan alalaitaan, esimerkiksi vedyllä 1H ja heliumilla 2He.

Protoni ja neutroni ovat ydinhiukkasia eli nukleoneja. Atomin nukleonien lukumäärää sanotaan massaluvuksi. Se kirjoitetaan kemiallisen merkin viereen vasempaan yläkulmaan, esimerkiksi vedyllä 1H, 2H, 3H ja niin edelleen.

Järjestysluvun tunnus on Z ja massaluvun tunnus on A, minkä voi muistaa kirjoitusmuodoista järjeZtyZluku ja mAssAluku. Sen, että massaluku kirjoitetaan kemiallisen merkin yhteydessä järjestysluvun yläpuolelle, muistaa siitä, että läntisessä maailmassa lukusuunta A:sta Z:aan on ennemmin ylhäältä alas kuin alhaalta ylös. Toisaalta massaluku on aina suurempi tai yhtä suuri kuin järjestysluku, joten suurempi luku on aina pienempää ylempänä kuten perinteisessä kuumemittarissa.

Alkuaineiden nimiä ja kemiallisia merkkejä pystysuunnassa. Välissä analoginen kuumemittari.
A ja suurempi luku ylhäällä, Z ja pienempi luku alhaalla.

Tietty järjestysluku vastaa siis tiettyä alkuainetta. (Muistisääntö: järjestysmiehet ovat tietynlaisia alkueläimiä.) Koska jo kemiallinen merkki ilmaisee alkuaineen, järjestysluku kirjoitetaan näkyviin käytännössä vain, jos ollaan kiinnostuneita protonien lukumäärästä, kuten ydinreaktioita käsiteltäessä.

Kun saman alkuaineen atomeilla on eri massaluku, niillä on eri määrä neutroneja ja niitä nimitetään alkuaineen isotoopeiksi. (Muistisääntö: kaikkia järjestysmiehiä voidaan kutsua toopeiksi, mutta niitä, jotka eivät pysty pitämään edes massaansa kurissa, kutsutaan isotoopeiksi.)

Järjestysluku ja massaluku ovat vallanneet kemiallisen merkin vasemman puolen, mutta oikea puolikin on varattu. Jos nimittäin atomikin on varattu eli oikeastaan ioni, varauksen määrä ilmoitetaan oikeassa yläkulmassa.

Merkintä O+ tarkoittaa, että happiatomi on menettänyt yhden elektronin eli sillä on protoneja yksi enemmän kuin elektroneja. Merkintä O2− taas merkitsee, että happiatomi on ottanut vastaan kaksi elektronia eli negatiivisia varauksia on kaksi kappaletta ylimäärin. Ennen vanhaan O2− voitiin kirjoittaa O−−. Miinusmerkki kuvaa siis elektronia, eikä se ole nyt etumerkki. Sen sijaan O2−-ionin sähkövaraus merkitään −2e, missä e on alkeisvaraus eli 1,602 · 10−19 C.

Positiivista ionia sanotaan kationiksi ja negatiivista ionia anioniksi. Sen, kumpi on kumpi, muistaa esimerkiksi sanoista Miian pulskat ionit. Siinä mii eli miinus yhdistyy anioniin ja puls eli plus kationiin. Muistisäännössä on vähän samaa kuin rakastetun tv-elokuvan Liian paksu perhoseksi nimessä.

Kemiallisen merkin oikea alaindeksi on varattu atomien lukumäärälle. Siten O2 tarkoittaa kahden happiatomin muodostamaa molekyyliä ja O22− kaksi happiatomia sisältävää peroksidi-ionia. Atomien lukumäärää ja varausta ei pidä merkitä suoraan allekkain, sillä merkintä 2− kuvaa O2:n eikä O:n varausta. Oikeastaan ei ole siis edes teoriassa mahdollista käyttää yhtä aikaa kemiallisen merkin kaikkia neljää ylä- ja alaindeksiä.

Kommentoi tai kysy aiheesta

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s