Elementti

Elementin määritelmä

substantiivi
plural: elementit
el‧e‧ment, ˈel.ɪ.mənt

(biokemia) Aine, jota ei voida hajottaa yksinkertaisemmiksi aineiksi kemiallisin keinoin ja joka koostuu atomeista, joilla kaikilla on sama määrä protoneja
(yleinen) Yhdistelmäkokonaisuuden peruskomponentti (esim. seulan alkuaine, joka muodostaa angiospermaisten kasvien floemit)

Etymologia:

Kemiallinen alkuaine

Kemiallisella alkuaineella tarkoitetaan yhden atomityypin puhdasta ainetta. Atomi on aineen pienin yksikkö ja kemiallisen alkuaineen perusrakenneosa. Alkuaineella olisi sama määrä protoneja atomiytimissään. Tämä tarkoittaa, että kaikilla alkuaineen muodostavilla atomeilla olisi sama määrä protoneja. Esimerkiksi hiili on alkuaine, joka koostuu atomeista, joilla on sama määrä protoneja eli 6. Yleisiä esimerkkejä alkuaineista ovat rauta, kupari, hopea, kulta, vety, hiili, typpi ja happi.

Nykyaikana 94 alkuaineesta on luonnollisia alkuaineita ja 24 synteettisiä. Yhteensä alkuaineita on siis tähän mennessä tunnistettu 118 kappaletta. Luonnossa esiintyy alkuaineita, joiden järjestysluku on pienempi tai yhtä suuri kuin 94. Ne, joiden järjestysluku on suurempi kuin 94, tuotetaan keinotekoisesti.

Prosessit, joiden uskotaan tuottaneen luonnolliset alkuaineet alkuaikana, ovat alkuräjähdyksen ydinsynteesi, tähtien ydinsynteesi, räjähdysmäinen ydinsynteesi supernovissa ja kosmisen säteilyn spallaatio.

Ihmisen elimistössä esiintyvät alkuaineet

Yleisimpiä alkuaineksia elollisissa olentoissa ovat hiili, vety, happi ja typpi. Ihmisen elimistössä massaltaan runsaimmat alkuaineet ovat seuraavat: happi (65 %), hiili (18,5 %), vety (9,5 %), typpi (3,2 %), kalsium (1,5 %) ja fosfori (1 %). Nämä tärkeimmät alkuaineet muodostavat 99 % ihmiskehon massasta. Loput 0,85 % koostuu muista alkuaineista, kuten kaliumista (0,4 %), rikistä (0,3 %), natriumista (0,2 %), kloorista (0,2 %) ja magnesiumista (0,1 %).

Aineet

Aineella tarkoitetaan sitä, jolla on selvä kemiallinen koostumus ja selvät ominaisuudet ja joka koostuu alkuaineista yhdistelmänä toisen tai samojen alkuaineiden kanssa. Kaikki yhdisteet ovat aineita, mutta kaikki aineet eivät ole yhdisteitä, sillä myös puhtaat alkuaineet ovat kemiallisia aineita.

Elementit muodostavat yhdisteen. Esimerkiksi natrium- ja klooriatomien yhdistelmästä syntyy ruokasuolaa eli natriumkloridia. Yhdisteen alkuaineet pysyvät yhdessä kemiallisten sidosten avulla. Monet maapallolla luonnossa esiintyvistä alkuaineista ovat kemiallisesti yhdistyneitä. Joitakin elämälle elintärkeitä yhdisteitä ovat muun muassa vesi, natriumkloridi ja hiilidioksidi.
Alkuaineen allotrooppi tarkoittaa mitä tahansa monista aineista, jotka muodostuvat vain yhdestä alkuaineesta, vaikka nämä aineet voivat erota rakenteeltaan. Esimerkiksi hiili muodostaa allotrooppeja, kuten hiiltä, grafiittia ja timantteja. Ne koostuvat vain yhdestä alkuainetyypistä – hiilestä.

Seokset ovat aineita, jotka on valmistettu metallin ja yhden tai useamman muun metallin tai ei-metallisen alkuaineen seoksesta. Esimerkkejä seoksista ovat messinki (kupari ja sinkki), pronssi (pääasiassa kupari ja tina) ja valkokulta (kultaa ja yleensä nikkeliä, mangaania tai palladiumia).

Mineraalit

Mineraali on kemiallinen yhdiste, joka on usein kiteisessä muodossa ja joka on tavallisesti abiobiogeeninen eli ei ole syntynyt elävien organismien toimesta. Puhdas mineraali olisi kuitenkin mineraalityyppi, joka koostuu alkuaineista yhdistämättömässä muodossa, mutta jolla on selvä mineraalirakenne. Esimerkkejä puhtaista mineraaleista ovat kulta, hopea, hiili, alumiini, koboltti, kupari, lyijy, rauta, elohopea, pii, rikki, tina, sinkki jne.

Mineraali määritellään ravitsemuksen yhteydessä kemialliseksi alkuaineeksi, jota tarvitaan välttämättömänä ravintoaineena. Kivennäisaineet ovat vain yksi neljästä välttämättömien ravintoaineiden ryhmästä; muut ovat vitamiinit, välttämättömät rasvahapot ja välttämättömät aminohapot. Ihmiselle välttämättömiä alkuaineita ovat (1) perusaineet, (2) makromineraalit ja (3) hivenaineet. Irtoaineet, jotka muodostavat pääosan ihmisen ravinnosta, ovat hiili, vety, happi ja typpi. Makromineraalit, jotka ovat myös välttämättömiä, mutta suhteellisesti pienempiä määriä kuin pääaineet, ovat kalsium, fosfori, kalium, natrium, kloori ja magnesium. Hivenaine on kemiallinen alkuaine, jota tarvitaan selviytymiseen, mutta jota tarvitaan hyvin pieniä määriä. Esimerkkejä hivenaineista ovat rikki, rauta, kloori, koboltti, kupari, sinkki, mangaani, molybdeeni, jodi ja seleeni.

Isotoopit

Isotoopilla tarkoitetaan mitä tahansa alkuaineen eri muotoja (joilla on siis sama määrä protoneja), mutta joilla on eri määrä neutroneita ytimissään. Tämä tarkoittaa, että isotoopeilla olisi sama järjestysluku mutta eri massaluku. Esimerkiksi hiilellä on kolme isotooppia: hiili-12, hiili-13 ja hiili-14. Radioaktiivisia isotooppeja kutsutaan radioisotoopeiksi. Radioisotooppi hajoaa muiksi alkuaineiksi prosessissa, jota kutsutaan radioaktiiviseksi hajoamiseksi. Prosessi tapahtuu, kun radioisotoopin epävakaa atomiydin menettää energiaa säteilemällä. Kaikilla alkuaineilla on radioisotooppeja, vaikka osa niistä onkin tuotettu keinotekoisesti.

Radioisotoopeilla on monia käyttötarkoituksia. Biologiassa niitä voidaan käyttää biologisten prosessien, kuten DNA:n replikaation, seurantaan. Niitä käytetään myös epäpuhtauksien seurantaan ja veden valumisen mittaamiseen, kuten sateesta ja lumesta. Niistä on hyötyä myös fossiilien, kivien ja mineraalien iän mittaamisessa. Ydinlääketieteessä radioisotooppeja käytetään hoitoihin ja diagnostiikkaan.

Muita biologisia määritelmiä

Käsitteellä ”alkuaine” viitataan yleisessä yhteydessä koostetun kokonaisuuden peruskomponenttiin. Esimerkkinä tästä on termi seulaelementti. Angiospermaattisissa kasveissa floemi on verisuonikudos, joka osallistuu siirtymisprosessiin. Se koostuu seuraavista pääkomponenteista: siiviläelementti, kumppanuussolu, floemin sklerenkyma ja floemin parenkyma. Siiviläelementti on floemin tärkein johtava solu. Se on elävä solu, jolla on protoplasti, vaikka tuma puuttuukin kypsyessään.

Katso myös

• Yhdiste
• Atomi
• Isotooppi

Lisälukemisto

• Kuinka alkuaineet muodostuvat (Artikkeli, jossa on kaavamainen kaaviokuva alkuaineiden universaalista muodostumisesta, osoitteesta: Sciencen oppimisympäristö (Sciencen oppimisympäristö, Science Learning Hub)).