:: wikimiki.org ::

Hiili

Hiili

Hiili (lat. carboneum) on on yleinen epämetalli, neliarvoinen alkuaine, jolla on myös useita allotrooppisia muotoja. Sanaa hiili käytetään puheessa myös, kun tarkoitetaan kivi- tai puuhiiltä.

Ominaisuuksia

Ionisoitumisenergiat
1. ionisoitumisenergia	1086,5 kJ/mol
2. ionisoitumisenergia	2352,6 kJ/mol
3. ionisoitumisenergia	4620,5 kJ/mol
4. ionisoitumisenergia	6222,7 kJ/mol
5. ionisoitumisenergia	37831 kJ/mol
6. ionisoitumisenergia	47277 kJ/mol
7. ionisoitumisenergia	- kJ/mol
8. ionisoitumisenergia	- kJ/mol
9. ionisoitumisenergia	- kJ/mol
10. ionisoitumisenergia	- kJ/mol

Hiiltä esiintyy kaikkialla missä on elämää ja orgaanisia yhdisteitä. Hiilellä on myös kemiallisesti mielenkiintoinen kyky sitoutua itseensä ja laajoin eri muodoin muihin alkuaineisiin muodostaen lähes 10 miljoonaa tunnettua yhdistettä. Kun hiili yhdistyy happeen niin muodostaa hiilidioksidia, joka on äärimmäisen tärkää kasveille. Kun hiili yhdistyy vetyyn, saadaan hiilivetyjä, jotka ovat oleellisia teollisuudelle fossiilisten polttoaineiden muodossa. Kun hiili yhdistyy sekä happeen että vetyyn, saadaan monia yhdisteitä, kuten mm. rasvahappoja, jotka ovat oleellisia elämälle sekä estereitä, jotka antavat aromit monille hedelmille. Hiili siis muodostaa Maan elämän perustan. Hiiltä ei syntynyt alkuräjähdyksessä, koska sen synty tarvitsee kolmen alfahiukkasen (heliumytimen) törmäyksen, mikä on äärimmäisen epätodennäköistä ja universumi laajeni ja jäähtyi nopeasti. Sitä kuitenkin syntyy tähtien sisuksissa kolmi-alfa-prosessilla.

Hiili eri muodoissa

Hiilen eri muotoihin sisältyy yksi pehmeimmistä aineista (grafiitti) ja yksi kovimmista aineista (timantti). Timanteilla on kolmiulotteinen, maailman vahvin rakenne. Grafiitilla on levymäinen rakenne kuin kirjan lehdillä, joka saa aikaan grafiitin pehmeyden. Fullereenit ovat nanoluokan molekyylejä, yksinkertaisessa muodossaan 60 hiiliatomia muodostaa grafiittimaisen kerroksen taipuneena 3-ulotteiseksi jalkapallomaiseksi rakenteeksi. Lamppunoki koostuu pienistä grafiittimaisista osista. 'Lasimainen hiili' on isotrooppinen ja vahva kuin lasi. Toisinkuin normaali grafiitissa, kerrokset ovat rypistyneet kuin rypistynyt paperi. Hiilikuidut ovat samanlaisia kuin lasimainen hiili. Erikoiskäsittelyllä on mahdollista järjestää hiilitasot kuidun suuntaan. Tuloksena on terästä kestävämpi rakenne.

Varoituksia

Jotkut hiiliyhdisteet ovat hengenvaarallisia. Hiilimonoksidi (CO) eli häkä on jo pieninä annoksina tappava, ja henkiinjääneet kärsivät muistinmenetyksistä ja heikkoudesta. Syanidit (CN-) ovat äärimmäisen myrkyllisiä nisäkkäille. Eteeni, etyyni, metaani ovat vaarallisen herkkiä räjähtämään ja syttymään, kun ne sekoittuvat ilman kanssa.

Isotoopit

Hiilellä on kaksi pysyvää isotooppia, Hiili-12 (C-12) (98.89%) ja hiili-13 (C-13) (1.11%). Lisäksi on olemassa epävakaa C-14 isotooppi, joka on radioaktiivinen ja sitä esiintyy luonnossa vain hyvin pieniä määriä, koska sitä syntyy kosmisella säteilyllä typpiatomeista. C-14:n puoliintumisaika on n. 5700 vuotta.

Isotooppi	NA	p.aika	DM	DE MeV	DP
¹²C	98,9%	C on vakaa 6 neutronilla
¹³C	1,1%	C on vakaa 7 neutronilla
¹⁴C	synt. radioisotooppi	5730 vuotta	β^-	0,156	¹⁴N

Hiili-13-/hiili-12-isotooppisuhdetta voidaan käyttää hiilen lähteen tunnistamisessa. Eliöt eivät käytä hyväkseen molempia isotooppeja tasapuolisesti vaan suosivat voimakkaasti hiilen kevyempää isotooppia C-12. Tämä rikastuminen kevyemmän C-12:n suhteen on mitattavissa niin nykyisestä elävästä luonnosta kuin muinaisten sedimenttien joukkoon kerrostuneesta eloperäisestä materiaalista ja on voitu päätellä, että elämä ilmaantui maapallolle hyvin varhain hydrologisen kierron käynnistyttyä. Erikoistapauksessa, koska eroja myös kasvien ja eläinten välillä, tätä rikastumista voidaan käyttää myös yhdisteen kasvi- vastaan eläinalkuperän tunnistamiseen, johon sanotaan eräiden dopingvalvontatestien perustuvan (eräiden synteettisten hormonien hiilen lähde oli kasviperäinen ja erottui siten ihmisen normaalista luonnollisesta hormonista).

Sovellutuksia

hormoni Hiili on elintärkeä komponentti eläville olennoille, ilman sitä elämää ei olisi sellaisena kuin sen tunnemme. Ekonomisesti tärkein hiilen käyttö on hiilivetyjen, lähinnä fossiilipolttoaineiden muodossa, metaanikaasuna ja raakaöljynä. Jalostamalla saadaan synteettisiä materiaaleja kuten muoveja. Hiiltä käytetään myös:
- Isotooppina hiili-14 (C-14) iänmäärityksessä
- Grafiittia voiteluaineena ja lyijykynän "lyijynä"
- Timantteina hioma-aineena ja koruina
- Teräksen valmistuksessa raudasta kovuutta lisäämään
- Taidepiirustuksessa
- Hiilitabletteina imemään myrkkyjä
- Aktiivihiilen muodossa imemään hajuja ja puhdistamisessa

Lue myös

- fullereeni
- timantti
- grafiitti
- hiilivoima
- hiilikuitu
- kivihiili
- nanoputki Luokka:Alkuaineet ms:Karbon ko:탄소 ja:炭素 simple:Carbon th:คาร์บอน

Epämetalli

Epämetallit ovat alkuaineita, jotka vastaanottavat elektroneja eli pelkistyvät kemiallisissa reaktioissa, päinvastoin kuin metallit. Varsinaiset epämetallit muodostavat usein kovalenssisidoksia, joten epämetalleihin ei aina lasketa voimakkaasti ionisoituvia halogeenejä tai lähes reagoimattomia jalokaasuja. Epämetallit ovat yleensä kaasuja tai kiteytyviä aineita. Jotkut epämetallit (esim. jodi) ja puolimetallit (esim. pii) kuitenkin kiteytyvät metallinkiiltoiseen muotoon, joten epämetallin käsite on määriteltävä aineen kemian eikä ulkonäön mukaan. Varsinaisia epämetalleja ovat hiili, typpi, happi, fosfori, rikki ja seleeni. Ryhmään voidaan laskea myös kaikki epämetalliset aineet, kuten halogeenit ja jalokaasut tai jopa puolimetallit. Vety lasketaan usein epämetallien joukkoon, koska se on kaasu ja muodostaa usein kovalenssisidoksia normaaliolosuhteissa. Vedyn pelkistymisreaktiot ovat kuitenkin harvinaisia, ts. se yleensä luovuttaa eikä vastaanota elektroneja, kuten varsinaiset epämetallit, joten se ei ole kemiallisesti ottaen epämetalli. Alkuaineina epämetallit ovat vakaita eivätkä reagoi aggressiivisesti. Ne eivät muodosta metallisidoksia, joten niillä ei ole metallikiiltoa sekä niiden lämmön-, ja sähkönjohtokyky on huono. Hiili on kiinteä, jonkin verran sähköä johtava aine, jonka esiintyy standardiolosuhteissa grafiittina tai amorfisena eli aktiivihiilenä. Typpi ja happi (sekä vety) ovat kaksiatomisia kaasuja. Fosfori, rikki ja seleeni muodostavat moniatomisia rakenteita, joten ne ovat kiinteitä, kiteytyviä aineita. Kiinteät epämetallit eivät liukene veteen, kaasumaiset vain vähän, eivätkä kummatkaan reagoi veden kanssa kuten halogeenit. Typpi palaa vasta erittäin kuumassa, mutta muut epämetallit syttyvät ja jauhemuodossa saattavat palaa jopa räjähtämällä. Syntyvät oksidit ovat kaasuja (rikki, typpi) tai kiinteitä aineita. Epämetallioksidien vesiliuokset ovat happamia ja ne syövyttävät metalleja. Typpi-, fosfori-, ja rikkihappo ovat vahvoja happoja, seleeni- on keskivahva ja hiilihappo taas on heikko happo. (Vetyoksidi eli vesi on neutraali ja voi toimia niin happona kuin emäksenäkin.) Epämetallien keskinäiset sidokset ovat usein kovalentteja, ts. elektronit jaetaan. Erityisesti hiili-hiili -sidos on tästä syystä erittäin kestävä, joten aineista voi tulla erittäin monimutkaisia. Luokka:Alkuaineet ko:비금속 ja:非金属元素 th:อโลหะ

Alkuaine

:Klassinen käsitys alkuaineista artikkelissa Neljä alkuainetta. Alkuaine koostuu atomeista joiden ytimissä on yhtä monta protonia. Protonien lukumäärää on alkuaineen järjestysluku eli atomiluku. Saman alkuaineen atomeilla on siten sama atomiluku. Esim. atomit, joiden ytimessä on 6 protonia ovat hiiliatomeja. Ytimessä voi olla vaihteleva määrä neutroneja. Tällaisia saman alkuaineen erilaisia ytimiä kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi.

Tunnetut alkuaineet

Alkuaineet on lajiteltu jaksolliseen järjestelmään rakenteensa mukaan. Katso myös:
- Luettelo alkuaineista nimen mukaan
- Luettelo alkuaineista kemiallisen merkin mukaan
- Luettelo alkuaineista järjestysluvun mukaan Luokka:Fysiikka Luokka:Kemia
- ko:화학 원소 ms:Unsur kimia ja:元素 simple:Element th:ธาตุเคมี

Allotropia

Allotropia tarkoittaa ilmiötä, jossa alkuaine voi esiintyä samassa paineessa ja lämpötilassa erilaisissa kemiallisissa muodoissa. Tunnetuin esimerkki allotropialle on kiinteän hiilen esiintyminen grafiittina ja timanttina. Grafiitti on pehmeää, tummaa, sähköäjohtavaa, hiukan kiiltävää ja rasvamaista, kun taas timantti on erittäin kovaa, läpinäkyvää ja sähköä johtamatonta. Hiilen stabiilein muoto huoneenlämmössä on grafiitti, mutta timantti ei muutu täksi muodoksi itsekseen. Hiilellä on näiden lisäksi kolmaskin kidemuoto, vuonna 1985 löydetty fullereeni, joka on 60:stä hiiliatomista koostuva pallomainen molekyyli. Toinen esimerkki on happi, joka voi kaasumaisessa olomuodossa esiintyä kaksi- tai kolmiatomisena molekyylinä. Allotropian hallitseminen on erittäin tärkeää metalleja, kuten terästä valmistettaessa. Mikäli ilmiö esiintyy yhdisteillä, käytetään siitä termiä polymorfia. Luokka:Kemia ms:Alotrop ja:同素体

Puuhiili

Puuhiili on kiinteä lopputuote, joka saadaan kun puuta kuumennetaan ilmattomassa tilassa eli kuivatislataan. Prosessia kutsutaan myös pyrolyysiksi. Puusta poistuu ensin vesi, osa puuaineksesta kaasuuntuu ja osa nesteytyy puuöljyksi. Musta, huokoinen puuhiili on kuivatislauksen kiinteä jäännös, jossa on alkuainehiiltä 85 - 90 prosenttia.

Tuotanto

Puuhiilen tuotanto tapahtuu joko miilussa tai retortissa. Miilumenetelmässä kuivatislaus saa tarvitsemansa lämmön miilun sisältä, kun pienen osan puuta annetaan palaa. Palamisen tarvitsema ilma päästetään säädellysti miilun sisään; menetelmässä kuivatislaus ei siis ole täysin ilmaton. Miilumetelmä on ikivanha keksintö, ja sillä tuotetaan edelleen valtaosa maapallon puuhiilestä. Yleisin miilu on kehitysmaissa vieläkin käytetty maamiilu. Siitä on kehitetty edellen tiilimiiluja ja teräsmiiluja. Retorttimenetelmässä kuivatislaus saa tarvitsemansa lämmön ulkopuolisesta lähteestä. Lämpö johdetaan retortin sisällä olevaan puuhun joko epäsuorasti retortin metallisen seinämän läpi tai johtamalla retortin sisään kuumaa, hapetonta palokaasua. Sitä saadaan polttamalla retortin ulkopuolella erillistä polttoainetta, kuten puuta, öljyä tai kaasua. Kuivatislauksen käynnistyttyä voi polttaa syntyvää ja retortin ulkopuolelta talteenotettavaa pyrolyysikaasua, ja johtaa sen palamiskaasun takaisin retorttiin. Retorttimenetelmässä kuivatislauksen voi säätää täysin hapettomaksi, puu ei pääse palamaan, ja sekä puuhiilen että puuöljyn saanto ovat suuremmat kuin miilumenetelmässä.

Käyttö

Pääosa maapallolla tuotettavasta puuhiilestä käytetään energiahiilenä kehitysmaissa. Länsimaissa puuhiiltä käytetään grillihiilenä. Metallurginen puuhiili on kaupallisessa mitassa käytössä muun muassa Brasiliassa ja Australiassa. Puuhiiltä käytetään myös ruudin valmistuksessa. Puuhiilen voi edelleen jatkojalostaa aktiivihiileksi, jolla on kasvava käyttö lääke- ja ympäristöteollisuudessa.

Ionisoitumisenergia

Ionisoitumisenergia eli ionisaatioenergia (tunnus I tai E_i) on energia, joka vähintään tarvitaan elektronin irrottamiseksi atomista tai molekyylistä. Ionisoitumisenergiaa sanotaan toisinaan ionisoitumispotentiaaliksi, vaikka energia ja potentiaali ovat eri asioita. Ionisoitumisenergian avulla voidaan arvioida, kuinka helposti atomi luovuttaa elektronitiheyttään. Esimerkiksi jalokaasuatomilla on nykyisin tunnetuissa jalokaasumolekyyleissä aina positiivinen osittausvaraus, eli se luovuttaa omaa elektronipilveään muille atomeille. Siten voidaan päätellä, että jalokaasu reagoi sitä herkemmin, mitä pienempi sen ionisoitumisenergia on. Jos radioaktiivista radonia ei oteta huomioon, pienin ionisoitumisenergia on jalokaasuista ksenonilla. Ksenonia onkin suurimmassa osassa tunnetuista jalokaasuyhdisteistä.

Määritelmät

Ionisoitumisenergialla tarkoitetaan usein ensimmäistä ionisoitumisenergiaa. Se on energia, joka tarvitaan elektronin poistamiseksi ylimmältä miehittyneeltä orbitaalilta kaasu faasissa olevasta perustilaisesta sähköisesti neutraalista aineesta. Tätä ionisoitumiseksi kutsuttavaa prosessia voidaan kuvata seuraavalla reaktioyhtälöllä: A(g) + ionisoitumisenergia → A⁺(g) + e⁻ Seuraavan elektronin poistamiseen tarvittavaa energiaa sanotaan toiseksi ionisoitumisenergiaksi. Yleisesti n:s ionisoitumisenergia kertoo, kuinka paljon energiaa vaaditaan elektronin irrottamiseksi sellaisesta atomista tai molekyylistä, josta on jo poistunut n − 1 elektronia. Vastaavat reaktioyhtälöt ovat: A⁺(g) + toinen ionisoitumisenergia → A²⁺(g) + e⁻ A^{(n − 1)+}(g) + n:s ionisoitumisenergia → Aⁿ⁺(g) + e⁻ Ionisoitumisenergia ilmoitetaan tavallisesti kilojouleina moolia elektroneja kohden (kJ/mol) tai elektronivolteissa yhtä elektronia kohden (eV).

Säännöllisyydet

elektronivolteissaiin (Ar), ionisoitumisenergia yleensä kasvaa järjestysluvun suurentuessa. Samassa ryhmässä, esimerkiksi jalokaasuissa (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), ionisoitumisenergia taas pienenee. Kuvaajassa on pystyakselina ensimmäinen ionisoitumisenergia ja vaaka-akselina alkuaineen järjestysluku.]] Alkuaineiden ionisoitumisenergiat muuttuvat melko säännönmukaisesti jaksollisessa järjestelmässä liikuttaessa. Ionisoitumisenergia tavallisesti suurenee, kun atomisäde pienenee – ja päinvastoin. Kun liikutaan samaa jaksoa vasemmalta oikealle, ionisoitumisenergia yleensä kasvaa, sillä protonien lukumäärästä johtuva ydinvaraus suurenee tässä suunnassa. Tällöin elektroni kokee yhä suuremman vetovoiman ja sitä on vaikeampi poistaa ytimen vaikutuspiiristä. Kun kuljetaan samassa ryhmässä ylhäältä alaspäin, ionisoitumisenergia yleensä pienenee. Ydinvaraus kasvaa tässäkin tapauksessa, mutta toisaalta elektronit sijoittuvat ulommille kuorille kauemmaksi ytimestä. Tällöin sisäkuorilla olevat elektronit pystyvät varjostamaan ulommaisia elektroneja siten, että nämä tuntevat pienemmän positiivisen ydinvarauksen. Suurempi etäisyys ja pienempi varaus pienentävät ytimen ja elektronin välistä vetovoimaa ja siten ionisoitumisenergiaa. Samoista syistä jaksosta seuraavaan siirryttäessä ionisoitumisenergia putoaa. Säännöllisyyksiin on joitakin poikkeuksia. Berylliumin ionisoitumisenergia on 899 kJ/mol, mutta samassa jaksossa seuraavan alkuaineen boorin ionisoitumisenergia on pienempi, 800 kJ/mol. Samoin ionisoitumisenergia pienenee typestä happeen siirryttäessä. Poikkeukset selittyvät elektronikonfiguraatioilla. Boorilla on konfiguraatio 1s²2s²2p¹, joten sen 2s-elektronit varjostavat 2p-elektronia ja siten pienentävät ionisoitumisenergiaa. Hapella (1s²2s²2p⁴) taas on yksi täysi 2p-orbitaali. Koska samalla orbitaalilla olevat elektronit hylkivät toisiaan, elektroni irtoaa helpommin ja ionisoitumisenergia on pienempi kuin typellä, jonka 2p-orbitaaleilla elektronit ovat yksittäin. Toisen elektronin irrottaminen vaatii aina enemmän energiaa kuin ensimmäinen ionisoituminen, koska positiivinen ioni vetää elektronia enemmän puoleensa kuin neutraali atomi. Ulkokuoren elektroneille n:s ionisoitumisenergia on karkeasti arvioituna n kertaa niin suuri kuin ensimmäinen ionisoitumisenergia. Elektronin poistamiseksi sisäkuorelta tarvitaan selvästi enemmän energiaa. Esimerkiksi magnesiumilla on kaksi ulkoelektronia. Sen ensimmäinen ja toinen ionisoitumisenergia ovat 738 ja 1451 kJ/mol, mutta kolmas ionisoitumisenergia (7733 kJ/mol) on jo yli kymmenkertainen ensimmäiseen verrattuna. Siten magnesium ei juurikaan esiinny Mg³⁺-ionina. Myös molekyylien ionisoitumisenergiat voivat muuttua säännöllisesti. Esimerkiksi halogeenimolekyylien ionisoitumisenergiat pienenevät molekyylin kasvaessa: F₂ (15,7 eV), Cl₂ (11,5 eV), Br₂ (10,5 eV), I₂ (9,3 eV).

Koopmanin väittämä

Ionisoitumisenergioita voidaan määrittää muillekin kuin ylimmän miehittyneen orbitaalin elektroneille. Koopmanin väittämän mukaan elektronin irrottamiseen vaadittava energia on yhtä suuri kuin elektronin orbitaalin energia. Väittämä pätee tarkasti vain yksielektronisille atomeille, koska se olettaa, että muut elektronit pysyvät omilla orbitaaleillaan yhden elektronin poistuttua.

Kiinteät aineet

Ionisoitumisenergian määritelmässä atomi on kaasufaasissa. Kun elektroneja irrotetaan säteilyn avulla kiinteästä metallista, puhutaan valosähköisestä ilmiöstä. Valosähköisessä ilmiössä elektronin irrottamiseen tarvittava energia eli irrotustyö on karkeasti arvioiden noin puolet alkuaineen ionisoitumisenergiasta. Esimerkiksi litiumin irrotustyö on 2,9 eV ja ionisoitumisenergia 5,4 eV.

Katso myös

- alkuaineiden ionisoitumisenergiat
- elektroniaffiniteetti Luokka:Kemialliset ominaisuudet ko:이온화 에너지 th:พลังงานไอออไนเซชัน

Kasvi

Kasvit ovat monisoluisia, pääasiassa yhteyttämällä ravintonsa saavia eliöitä. Kuuden eliökunnan järjestelmässä ne muodostavat kasvikunnan (Plantae), yhden aitotumaisten eliöiden neljästä pääryhmästä eläinten, sienten ja alkueliöiden ohella. Kasveiksi voidaan kuitenkin tulkinnasta riippuen laskea vaihteleva joukko erilaisia eliöitä.

Yleistä

Kasvit poikkeavat eläimistä ja sienistä monella tavalla. Ne eivät yleensä kykene liikkumaan paikasta toiseen, vaan pysyvät koko elämänsä tietyllä kasvualustalla. Niillä ei ole lihaksia eikä myöskään hermosoluja. Kasvit ovat yleensä omavaraisia eli autotrofisia, sillä ne hankkivat tarvitsemansa aineet yhteyttämisen avulla. Kasvisolut poikkeavat eläinsoluista muun muassa kiinteällä, selluloosasta koostuvalla soluseinällään ja väriaineita sisältävillä plastideillaan. Vaikka kasvit eivät ole yhtä pitkälle kehittyneitä kuin eläimet, ovat ne maapallon hallitseva ja näkyvin elämänmuoto. Ne muodostavat levien kanssa suurimman osan planeettamme biomassasta. Lähes ainoina omavaraisina eliöinä kasvit ovat ravintoketjun perusta, ja ne ovat luoneet ilmakehän runsaan happipitoisuuden tuottamalla kaasua yhteyttämisellä. Nykyisen kaltainen elämä maapallolla on pitkälti kasvien ansiota. Vielä ennen 1950-lukua kaikki eliöt jaettiin kasveihin ja eläimiin. Kasveja olivat kaikki ne eliöt, jotka eivät täyttäneet eläimen tuntomerkkejä, kuten sienet ja jopa bakteerit. Viiden eliökunnan järjestelmän synnyttyä kasvit saivat oman määritelmänsä, joka kuitenkin jätti levät kasvikunnan ulkopuolelle alkueliökuntaan (Protista). Määritelmä sisällytti kasvikuntaan versokasvit eli embryofyytit, joita ovat sammalet ja putkilokasvit ja joille on tunnusomaista omiin tehtäviinsä erikoistuneet varsi ja lehdet erotuksena sekovartisista kasveista. Nykyään on yleisesti hyväksyttynä vaihtoehtona myös termi vihreät kasvit (Viridiplantae, Cavalier-Smith 1981), johon kuuluvat versokasvien lisäksi myös viherlevät. Usein näiden lisäksi myös punalevät on laskettu kasvikuntaan. Johtuen kasvi-käsitteen löyhästä liitoksesta nykyisen systematiikan kanssa ei käsitteelle voida asettaa täysin yksiselitteisiä rajoja. Arviot maapallon kasvilajien määrästä vaihtelevat suuresti. Eri tutkijoiden esittämiä lukuja koppisiemenisten kasvien määrälle ovat 231 413 (G. L. Stebbins 1974), nykyään yleisesti hyväksytty 270 000 (Robert May 1992), 422 127 (Rafaël Govaerts 2001) ja edellisestä riippumaton tulos 421 968 (David Bramwell 2002). Tämän lisäksi erilaisia sammalia tunnetaan noin 24 000, sanikkaisia yli 12 000 ja paljassiemenisiä yli 800.

Versokasvien systemaattinen luokittelu

Tieteellisissä nimissä esiintyy jonkin verran vaihtelua riippuen siitä, mihin hierarkiatasoon ryhmän katsotaan kuuluvan. Aiemmin käpypalmut, neidonhiuspuut, havupuut ja Gnetophytina-ryhmä luokiteltiin paljassiemenisten (Gymnospermae) kaareen, mutta uusimpien tutkimusten mukaan ryhmillä ei ole yhteistä kantamuotoa.

Levät

paljassiemenisiä :Pääartikkeli levä. Syanobakteerien eli sinilevien ei katsota nykyisin kuuluvan leviin vaan bakteereihin. Nykyinen tieteellinen luokittelu ei enää pidä leviä kasvikuntaan kuuluvina eliöinä, mutta niiden yhteneväisyydet kasvien kanssa ovat niin suuret, että niitä voidaan myös pitää alkukantaisina kasveina. Levät ovat sekovartisia, kuten jotkut alkeelliset varsinaiset kasvitkin, eli niiden rakenteesta ei ole erotettavissa lehtiä, juuria eikä kukkia. Lisäksi ne pystyvät yhteyttämään – levät muodostavatkin noin 90 % kaikesta maapallolla tapahtuvasta yhteyttämisestä. Lehtivihreän ohella levät saattavat sisältää muitakin pigmenttejä, kuten keltaisia tai ruskeita karotenoideja ja sinisiä tai punaisia fykobiliinejä, jotka antavat leville niiden ominaisvärin. Myös levien solurakenne muistuttaa kasveja, poikkeuksena piilevät, joiden soluseinä koostuu piidioksidista. Monilla yksisoluisilla levillä on kuitenkin soluseinässään värekarvoja, joiden avulla ne pystyvät uimaan vedessä. Muutamat lajit, joilla soluseinä ei ole jäykkä, pystyvät lisäksi ryömimään amebojen tapaan. Useimmat levät elävät makeissa ja suolaisissa vesistöissä, joissa ne joko ajelehtivat irrallaan tai ovat kiinnittyneinä pohjaan. Lisäksi ne ovat metsien kosteiden paikkojen tavallisia asukkeja. Leviä on kuitenkin tavattu myös lumesta, merellä olevan jääpeitteen alta ja läpikuultavien kvartsilohkareiden alta Namibin aavikolla. Ne muodostavat usein symbiooseja muiden eliöryhmien kanssa: jäkälät ovat sienten ja levien symbioottisia kaksoiseliöitä, ja korallieläimet taas tarvitsevat zooxanthellae-nimistä yksisoluista levää muodostaakseen koralliriuttoja. Levät ovat hyvin moninainen ja varsin keinotekoisesti luokiteltu eliöryhmä, ja niitä kutsutaankin yhteisellä nimellä lähinnä käytännöllisistä syistä. Viherlevät ovat käytännössä oikeita kasveja; piilevät taas ovat hyvin kaukana niistä.

Kehitys

Ensimmäiset yhteyttävät eliöt olivat noin 2700 miljoonaa vuotta sitten eläneitä esitumallisia syanobakteereja. Monet niistä muodostivat yhdyskuntia, stromatoliitteja, joita on yhä olemassa esimerkiksi Shark Bayn matalissa rannikkovesissä läntisessä Australiassa. Endosymbioottisen teorian mukaan levät syntyivät, kun syanobakteerit muodostivat solunsisäisen symbioosin (endosymbioosin) eräiden yksisoluisten alkueliöiden kanssa ja kehittyivät leväsolun kloroplasteiksi. Uskotaan myös, ettei näin syntyneitä kantamuotoja ollut vain yksi, vaan endosymbioosi muodostui samoihin aikoihin useiden eri lajien kanssa, jotka sitten kehittyivät muun muassa rusko-, kulta-, puna- ja viherleviksi. Ensimmäinen tunnettu aitotumainen levä oli Grypania, joka ilmestyi noin 2100 miljoonaa vuotta sitten. Seuraavat 1500 miljoonaa vuotta eliöt pysyttelivät merissä, sillä tappavat UV-säteet pääsivät pinnalle saakka otsonikerroksen puuttuessa. Vähitellen levien yhteyttämisen ansiosta ilmakehän happipitoisuus nousi riittävälle tasolle synnyttääkseen otsonikerroksen, ja näin elämä myös maanpinnalla tuli mahdolliseksi. Luonnolla on taipumus täyttää tyhjät ekologiset lokerot, ja niinpä ordovikikaudella 510–439 miljoonaa vuotta sitten kasvit alkoivat siirtyä myös maalle. DNA-ajoituksen perusteella on kuitenkin arveltu ensimmäisten maakasvien ilmestyneen jo selvästi aiemmin, noin 700 miljoonaa vuotta sitten. Maalle siirtyneet ensimmäiset pioneerikasvit olivat kehittyneitä leviä, syanobakteereja ja jäkäliä. Viherlevien Charophyta-luokan lajeista kehittyivät sammalet, ensimmäiset varsinaiset kasvit. Sammalet olivat edelleen sidoksissa kosteisiin paikkoihin, sillä ne ovat poikilohydrisiä, eli niiden kosteustasapaino määräytyy ympäristön mukaan. Kuivuuden koittaessa myös sammalet kuivuvat, siirtyvät horrosmaiseen tilaan, ja elpyvät taas nopeasti olojen muututtua suotuisammiksi. jäkäliä Siluurikauden alkupuolella noin 425 miljoonaa vuotta sitten ilmaantuivat ensimmäiset putkilokasvit, joista fossiililöytöjen perusteella vanhin tunnettu on muutaman senttimetrin korkuinen Cooksonia, jonka lehdettömien varsien päässä oli itiöpesäke. Rakenteeltaan paljon monimutkaisempi Baragwanathia oli lähes yhtä varhainen laji, ja sillä oli spiraalimaisesti järjestäytyneet lehdet. Putkilokasveille kehittyi kuivumiselta suojaava vahakerros niiden pinnalle, säädeltävät ilmaraot lehtien alapinnoille sekä puuosa, joiden putkilot tuovat juurien imemän veden ja ravinteet kasvin käytettäväksi. Putkilokasvit olivat siis homoiohydrisiä, ne pystyivät ylläpitämään kosteustasapainonsa ympäristön heilahteluista huolimatta. Kilpailu valosta sai aikaan lehtien kehittymisen, jotta kasvit saisivat kerättyä auringon energiaa tehokkaammin; samalla vedenottomekanismien oli edelleen kehityttävä haihtumisen lisääntyessä. Uusien innovaatioiden myötä devonikaudella 408–362 miljoonaa vuotta sitten tapahtui voimakas putkilokasvien runsastuminen ja niiden moninaisuuden lisääntyminen. Lieot ja kortteet ilmestyivät näihin aikoihin, samoin saniaiset, kortteet, sinettipuut, käpypalmut sekä Calamites- ja Cordaites-puut. Itiökasveista kehittyi niiden sekä siemenkasvien välimuoto, nykyisin sukupuuttoon hävinnyt siemensaniaisten luokka Progymnospermae. Kauden lopulla kehittyivät ensimmäiset liekomaiset puut ja paljassiemeniset siemenkasvit. Vanhimmat siementen fossiilit ovat noin 365 miljoonaa vuotta vanhoja, ja niiden esimuotoja tavattiin ainakin 20 miljoonaa vuotta aiemmin. Kivihiilikaudella 362–290 miljoonaa vuotta sitten ilmasto oli lämmin, lämpötilanvaihtelut pieniä ja maaperä soista. Olosuhteet olivat ihanteelliset korte- ja saniaispuille, joiden itiöt tarvitsivat kosteita olosuhteita itääkseen. Ne muodostivat ensimmäiset metsät. Myös monet muut devonikaudella kehittyneet kasviryhmät kukoistivat. Suuri osa niistä kuoli kuitenkin sukupuuttoon paleotsooisen maailmankauden loppuun tultaessa olosuhteiden muututtua epäsuotuisammiksi. Permikaudella 290–245 miljoonaa vuotta sitten ilmasto oli viileä ja kuiva. Mannerjäätiköt valtasivat alaa eteläisellä pallonpuoliskolla. Ensimmäiset havupuut ilmaantuivat. Tyypillisimpiä lajeja tälle aikakaudelle olivat Gondwanamantereelle levinneet Glossopteris-siemensaniaiset, jotka kuitenkin hävisivät kauden lopulla. Niiden lokeron täytti pensasmainen, noin nelimetrinen siemensaniainen Dicroidium sukulaisineen. Ne olivat triaskauden (245–208 miljoonaa vuotta sitten) tyypillisimpiä trooppisten seutujen kasveja. Triaskaudella myös paljassiemeniset havupuut, käpypalmut ja neidonhiuspuut yleistyivät ja muodostivat valtaosan metsistä koko Pangaean suurmantereella. Niiden – erityisesti käpypalmujen – valtakausi jatkui vielä jurakaudella 208–145 miljoonaa vuotta sitten. Liitukaudella (145–65 miljoonaa vuotta sitten) koitti koppisiemenisten (Magnoliophytina) vallankumous. Ne kehittyivät yhteisevoluutiossa niitä pölyttävien hyönteisten kanssa korkeammalle kuin muut kasvit, ja ne valtasivatkin nopeasti alaa. Kauden puolivälissä jo noin 90 prosenttia maakasveista oli kukkakasveja. Eoseeni (56,5–35,4 miljoonaa vuotta sitten) toi mukanaan heinäkasvit, jotka puolestaan vaikuttivat kasvissyöjänisäkkäiden evoluutioon oligoseenillä (35,4–23,2 miljoonaa vuotta sitten). Maapallon keskilämpötilan laskiessa mioseenilla (23,2–5,2 miljoonaa vuotta sitten) heinäarot alkoivat syrjäyttää metsiä, ja plioseenin (5,2–1,6 miljoonaa vuotta sitten) alkuun mennessä esiintyi jo aavikoita. Heinävaltaisten alueiden, kuten savannien yleistyminen vaikutti merkittävästi myös ihmisen kehitykseen.

Rakenne

Solutason rakenne

plioseeni Kasvisolu on aitotumallinen eli eukaryoottinen solu. Se eroaa muiden eliöryhmien soluista muun muassa seuraavasti:
- Kasvisolut ovat kooltaan keskimäärin 10–100 μm (eläinsolut 10–30 μm).
- Soluseinä koostuu selluloosasta sekä muista polymeereistä, kuten pektiinistä ja ligniinistä. Se on rakenteeltaan jäykkä ja vankka, ja sen avulla solu pystyy luomaan nestepaineen, joka pitää koko kasvia muodossaan. Mikäli kasvi ei saa tarpeeksi vettä, nestepaine vähenee ja kasvi nuutuu.
- Viherhiukkaset eli kloroplastit ovat solulimassa sijaitsevia soluelimiä, jotka suorittavat yhteyttämisen. Niiden rakenne sisältää liukoisen perusaineksen eli strooman sekä päällekkäisistä pussimaisista kelmuista koostuvan yhteyttämis- eli tylakoidivesikkelikalvoston. Pusseissa sijaitsevat yhteyttämisreaktion aikaansaavat väripigmentit, niistä tärkeimpänä vihreä klorofylli. Ne kasvit, jotka pudottavat lehtensä talveksi, imevät ennen sitä lehdistä klorofyllin talteen sisuksiinsa, jolloin muut väriaineet tulevat näkyviin. Siten syntyy syksyinen ruska.
- Solunesterakkula eli vakuoli sisältää veden lisäksi entsyymejä, ravintoaineita, jäteaineksia tai jopa myrkkyjä. Nuorilla soluilla saattaa olla useita pieniä rakkuloita, jotka vanhemmiten yhdistyvät vieden jopa 90 % solun tilavuudesta.
- Kasvisoluilla ei ole sentrioleja, lysosomeja tai värekarvoja (poikkeuksena eräät yksisoluiset levät).

Solukot

Solukot muodostuvat keskenään samaan tehtävään erikoistuneista soluista. Ne ovat syntyneet, kun kehittyneiden monisoluisten eliöiden solujen työnjako on johtanut solujen erilaistumiseen. Lähes kaikilla putkilokasveilla on vähintään kolmenlaisia solukkoja:
- Pintasolukko on tavallisesti yhden solukerroksen vahvuinen, ja se verhoaa kasvia tiiviisti. Solukon ulkoseinä on yleensä paksu ja kestävä. Sen päällä on vielä ohut kalvo, joka suojaa kasvia liialta haihtumiselta.
- Perussolukko muodostaa pääosan kasvista. Solut voivat olla pyöreähköjä tai lähes suorakulmaisia, pitkiä ja paksuseinäisiä, jolloin ne ovat tukisoluja.
- Johtosolukko muodostaa johtojänteet.

Johtojänteet

Putkilokasveille on kehittynyt erityinen johtojänteiden verkosto, joka toimii veden ja ravinteiden tuojana soluille sekä yhteyttämistuotteiden viejänä soluista pois. Jänteet ovat selkeimmin nähtävissä lehtien suonina. Varressa jänteiden sijainti vaihtelee: yksisirkkaisilla kasveilla ne ovat sekaisin. Kaksisirkkaisilla ja havupuilla ne ovat järjestäytyneet renkaaksi poikkileikkauksen tasossa. Ytimenpuoleinen johtojänteen osa on puu ja ulompi osa nila; lisäksi niiden välissä on vielä ohut jälsi. Ohuet jälsisolut jakaantuvat ja muodostavat uusia soluja lähinnä sisäänpäin, ja myös hieman ulospäin kuoreksi. Tähän perustuu varren paksuuskasvu. Puuosassa sijaitsevat putkilot, jotka ovat syntyneet päällekkäisten kuolleiden solujen seinämistä. Niitä pitkin vesi kulkeutuu juurista aina kasvin kärkiosiin saakka. Havupuilla on putkiloiden sijaan kapeita ja pitkiä soluja. Nilassa sijaitsevat siiviläputket. Ne muodostuvat päällekkäisistä elävistä soluista, joiden väliseinät ovat täynnä reikiä. Siiviläputket kuljettavat yhteyttämistuotteet lehdistä kasvin muihin osiin. Puuvartisilla kasveilla johtojänteet ovat kasvaneet kiinni toisiinsa ydintä ympäröiväksi putkeksi. Niiden solut ovat paksuseinäisiä ja vahvoja, ja niiden puuosan solujen selluloosaseinissä on kerrostuneena puuainetta. Keväällä syntyvät uudet solut ovat suurikokoisempia kuin myöhemmin kesällä syntyvät, mistä aiheutuu vuosirenkaiden näkyminen puun poikkileikkauksessa.

Kasvin osat

- Varsi toimii kasvin tukena, rakenteen perustana ja johtojänteiden ensisijaisena paikkana. Jotkut lajit kasvattavat pinnan alla kulkevan maavarren, jota pitkin kasvi voi levitä kasvullisesti. Paksuimmillaan varsi on vanhoilla puilla, joilla sen ympärysmitta saattaa harvoin kasvaa jopa muutamaan kymmeneen metriin.
- Lehti on useimmilla kasveilla pääasiallinen yhteyttävä elin. Sen muoto ja ulkonäkö vaihtelee erittäin paljon kasviryhmästä riippuen. Tyypillinen korkean kehitystason kasvin lehti on pitkulainen, teräväkärkinen ja melko pehmeä. Havupuiden neulaset ovat hyvin kapeita, jäykkiä ja teräviä; kaktusten lehdet taas ovat kehittyneet piikeiksi. Lihansyöjäkasveilla lehdet ovat erikoistuneet esimerkiksi suppiloiksi.
- Kukka on siemenkasvin lisääntymiselin. Se sisältää emiön ja hetiön, jotka voivat sijaita samassa kukassa, erikseen saman kasvin kukissa tai kokonaan eri kasveissa. Koristeelliset ja värikkäät terälehdet houkuttelevat hyönteisiä ja muita pölyttäjiä vierailemaan kukissa pölytyksen aikaansaamiseksi. Tuulipölytteiset kukat ovat yleensä pieniä ja vaatimattoman näköisiä.
- Hedelmä on siemenkasveilla hedelmöityksen jälkeen paisuneesta emiöstä muodostunut elin, joka sisältää kasvin siemenet.
- Juuri on kasvin maanalainen osa, joka ankkuroi kasvin paikalleen ja imee maaperästä ravinteita sekä vettä kasvin käyttöön. Epifyyteillä juuret ovat usein paljaat ja niiden avulla päällyskasvi kiinnittyy isäntäkasviinsa.
- Sekovarsi on ominainen alkeellisille kasveille, kuten leville, jäkälille sekä eräille sammalille. Siitä ei ole erotettavissa yllä mainittuja eri tehtäviin erikoistuneita kasvinosia.

Lisääntyminen

Kasvit voivat lisääntyä suvullisesti (siemenien avulla) tai suvuttomasti (itiöiden avulla tai kasvullisesti). Suvullisessa lisääntymisessä kasvi tuottaa koiraspuolisia siittiöitä ja naaraspuolisia munasoluja. Ne saattavat kehittyä samassa kasvissa (kaksineuvoisuus) tai eri kasveissa (yksineuvoisuus). Prosessi alkaa pölytyksellä, jossa siittiösoluista koostuva siitepöly kulkeutuu joko saman kasvin (itsepölytys) tai toisen kasvin (ristipölytys) heteen ponnesta emin luotille. Usein yksittäinen kaksineuvoinen kukka saattaa pölyttää itse itsensä. Hyönteissuosijakasvit houkuttelevat kukkien värin ja tuoksun sekä meden tai siitepölyn avulla hyönteisiä luokseen, jotka sitten levittävät siitepölyn muiden kukkien emiin. Tuulensuosijakasvit (monet puut ja heinät) levittävät valtavat siitepölymääränsä tuulen avulla. Koppisiemenisillä emin luotille päätynyt siitepölyhiukkanen kasvattaa pitkän siiteputken emin vartalon läpi sikiäimeen, jossa siemenaihe sijaitsee. Samalla putkessa oleva siittävä tuma on jakautunut kahtia. Niistä toinen sulautuu yhteen munasolun ja toinen keskussolun tuman kanssa. Näin hedelmöitys on tapahtunut. Sikiäin muuttuu suuremmaksi hedelmäksi, siemenaihe siemeneksi ja siemenaiheen kalvot siemenkuoriksi. Munasolusta on kehittynyt alkio siemenen sisälle ja keskussolusta yleensä varastoainesolukkoa. Paljassiemenisillä siitepölyhiukkanen kiinnittyy suoraan siemenaiheen pinnalla olevaan nestepisaraan. Jos siitepölyä joutuu toisen lähisukua olevan kasvin emin luotille, saattaa hedelmöitys tapahtua, jolloin siemenistä kasvaa lajien risteymä eli hybridi. Itiökasveille on tyypillistä sukupolvenvuorottelu. Niiden kehitys sisältää kaksi sukupolvea, joista toinen lisääntyy suvullisesti ja toinen suvuttomasti. Itiöt tarvitsevat kosteutta uidakseen munasoluun. Koska siementen on epäedullista kehittyä emokasvin juurelle, ovat kasvit kehittäneet erilaisia keinoja siementensä levittämiseksi. Tuuli on tässä tehokas apu, ja niinpä monilla siemenillä on lisäke, jonka tuuli helposti tempaa mukaansa (esimerkiksi maitohorsma, voikukka, leskenlehti ja monet puut). Monet hedelmät taas tarjoavat syöjälleen ravintoa vastineeksi sen sisältämien siementen kuljettamisesta. Jotkut siemenet tai hedelmät takertuvat esimerkiksi koukkumaisten piikkien avulla helposti turkkiin tai vaatteisiin (takiaiset, rusokki). On olemassa myös kasveja, jotka osaavat itse singota siemenensä kauemmas, esimerkiksi käenkaali, metsäkurjenpolvi, hernekasvit ja aho-orvokki. Aho-orvokki saattaa ampua siemeniään jopa viiden metrin päähän. Siementen koko vaihtelee suuresti. Seychellinpalmun (Lodoicea seychellarum) yhden siemenen sisältävä hedelmä painaa jopa 20 kg, kun taas orkideoiden siemenet painavat pienimmillään 10^-9 grammaa. Ne eivät sisällä lainkaan vararavintoa, vain pelkän alkion, joka tarvitsee sienirihmaston apua itääkseen. Suvuton lisääntyminen on kasveilla hyvin tavallista. Yksisoluiset levät lisääntyvät jakautumalla. Sanikkaisten ja sammalten itiöt itävät ilman hedelmöitystä. Muillakin kasveilla on runsaasti keinoja suvuttomaan lisääntymiseen, sillä kukkaa lukuun ottamatta lähes mikä tahansa kasvin osa voi kehittyä uudeksi yksilöksi. Tällaisia ovat muun muassa katkenneet oksat ja varrenpätkät (monet pensaat), juuristot (leskenlehti, peltokorte), maavarret (kielo), rönsyt (mansikka, rönsylilja), lehdet (voikukka, paavalinkukka), sipulit ja silmut. Tällä tavalla syntyneet kasvit ovat aina emokasvinsa klooneja, ellei tapahdu mutaatiota.

Kasvu ja elämä

Useimmilla siemenkasveilla siemenen sisällä oleva alkio on kuivahorroksessa siihen asti, kunnes se pääsee kosketuksiin veden, lämmön ja hapen kanssa. Solut alkavat imeä vettä, jolloin ne turpoavat ja siemenkuori halkeaa. Sirkkajuuri kasvaa pääjuureksi (kaksisirkkaiset) tai surkastuu ja sen tyvestä kasvaa hajajuuria (yksisirkkaiset). Sirkkalehdet (tai sirkkalehti yksisirkkaisilla) ja sirkkavarsi alkavat kasvaa. Lehdet alkavat yhteyttää saatuaan valoa. Sirkkavarren kärjessä on silmu, josta kehittyvät kasvin muut osat. Kasvin pituuskasvu tapahtuu kasvuvyöhykkeissä, jotka ovat juurien kärjissä 5–10 mm pituisena alueena sekä heti verson kärjen alapuolella. Heinäkasveilla kasvuvyöhykkeitä on useita pitkin vartta. Aluksi kasvuvyöhykkeen solut jakaantuvat voimakkaasti, jonka jälkeen ne suurentuvat, kehittyvät ja erilaistuvat tehtäviinsä. Puuvartisten kasvien rungot ja juuret kasvavat myös paksuutta. Elinkaarensa perusteella kasvit jaetaan yksivuotisiin, kaksivuotisiin ja monivuotisiin kasveihin. Yksivuotiset (monet heinä- ja viljelykasvit) kasvavat keväällä, lisääntyvät kesällä ja kuolevat talven tuloon mennessä. Kaksivuotiset (monet kaalit ja malvakasvit) kasvavat ensimmäisenä vuonna ja kukkivat sekä lisääntyvät vasta seuraavana. Monivuotiset kasvit saattavat olla lisääntymiskykyisiä vasta monien vuosien kuluttua itämisestään (esimerkiksi puut), jonka jälkeen ne tuottavat siemeniä tai itiöitä vuosittain kuolemaansa asti, mikäli olosuhteet niin sallivat. Lauhkean ja sitä kylmempien vyöhykkeiden kasvit menettävät usein lehtensä tai koko maanpäällisen osansa talveksi, poikkeuksena havupuut, jotka pitävät lehtensä ympäri vuoden. Ne ovat siten ikivihreitä. Lämpimällä vyöhykkeellä jotkut kasvit menettävät lehtensä kuivan kauden ajaksi. Yksittäisten kasviyksilöiden elinikä vaihtelee yhdestä kasvukaudesta satoihin vuosiin. Kaikkein pisimpään elävät eräät havupuut, jotka karuilla seuduilla (kuten vuoristoissa ja levinneisyysalueensa pohjoisrajalla) ovat erittäin hidaskasvuisia. Amerikkalainen vihnemänty (Pinus longaeva) ja mammuttipetäjä (Sequoiadendron giganteum) saattavat elää jopa 5000-vuotiaiksi.

Yhteyttäminen

:Pääartikkeli: yhteyttäminen Kasvien ravinnonsaannin perusta on yhteyttäminen eli fotosynteesi. Siinä kasvisolut tuottavat auringon säteilyenergian avulla sokeria ja happea vedestä ja hiilidioksidista (6H₂O + 6CO₂ + valo → C₆H₁₂O₆ (glukoosi) + 6O₂). Yhteyttävä pigmentti, klorofylli, sijaitsee kasvisolun viherhiukkasissa eli kloroplasteissa. On olemassa noin sata varsinaisten kasvien lajia, joilla ei ole yhteyttäviä soluja. Niistä Suomessa tunnetuimpia ovat humalavieras, pesäjuuri ja mäntykukka. Lehtivihreättömät kasvit ovat muiden kasvien loisia tai saavat ravintonsa yksinomaan sienirihmastojen avulla.

Vesi

Kuten muillekin eliöille, myös kasveille vesi on välttämätön aine. Ne tarvitsevat sitä ravintoaineiden kuljetukseen juurista lehtiin sekä lehtien valmistamien aineiden kuljetukseen niistä pois. Vettä tarvitaan myös yhteyttämisessä sokerin muodostamiseen. Solut taas imevät itseensä vettä siinä määrin, että syntyy painetta soluseinämiä vasten (nestejännitys). Sen avulla myös pehmeävartiset kasvit pysyvät jäykkinä. Solujen elintoiminnot tapahtuvat solulimassa, joka on suurimmaksi osaksi vettä. Kasvin imemässä vedessä on vain noin yksi promille erilaisia suoloja. Kasvi tarvitsee suuria määriä vettä saadakseen tarvittavan määrän aineita, ja niiden päästyä lehtiin vesi käy tarpeettomaksi. Niinpä kasvi haihduttaa veden erityisten ilmarakojen kautta (putkilokasvit), ja myös suoraan lehtien pinnan kautta nuorilla ja ohuilla lehdillä. Sitä haihdunnan osuutta, joka kulkee kasvien läpi osana niiden elintoimintoja, kutsutaan transpiraatioksi. Jos vettä ei ole saatavilla tarpeeksi, kasvi sulkee ilmarakonsa. Niin se tekee myös yöllä, kun yhteyttäminen lakkaa. Kuivilla seuduilla kasvit saattavat turvautua liiallista haihtumista vastaan esimerkiksi paksuilla pyöreähköillä lehdillä, jotka varastoivat vettä hyvin ja niiden haihtumispinta-ala on pieni. Lehtien pinnalla saattaa lisäksi olla paksu karva- tai vahapeite.

Hengitys

Kasvit tuottavat happea, mutta myös tarvitsevat sitä omaan hengitykseensä. Prosessi on jotakuinkin vastakkainen yhteyttämiselle: kasvi hapettaa eli polttaa sokeria, josta se saa energiaa. Samalla vapautuu vettä ja hiilidioksidia. Palaminen on yhteyttämiseen nähden pientä, ja niinpä kasvit ovat siitä huolimatta hapen tuottajia. Koska kasveilta puuttuu hengitys- ja verenkiertoelimistö, huolehtii jokainen kasvin osa omasta hapensaannistaan. Happea kulkeutuu lähinnä ilmarakojen ja kuoren huokosten kautta kasvin sisään, jossa se kulkeutuu edelleen soluväleissä. Myös juuret ottavat happea maasta, jossa sitä yleensä on tarpeeksi. Vesikasvit sen sijaan saavat happea vain lehdillään; lehtiruotiin onkin usein kehittynyt erityinen ilmakäytävä, jota pitkin happi kulkeutuu aina juuriin asti.

Symbioosi

Monet kasvit elävät symbioosissa toisen kasvin tai muuhun eliöryhmään kuuluvan lajin kanssa. Ehkä pitkälle viedyin symbioosi on jäkälä, jossa levä ja sieni muodostavat ikään kuin kaksoiseliön. Sieni imee vettä, jota rihmastojen välissä olevat levät käyttävät ja muodostavat yhteyttämällä sienen tarvitsemia aineita. Eräs tärkeä symbioosi on palkokasvien ja typpibakteerien välillä. Typpibakteerit tunkeutuvat mullasta kasvin juuriin muodostaen niihin nystyröitä. Ne alkavat muodostaa ilman typestä typpiyhdisteitä, joita syntyy yli kasvin oman tarpeen ja jotka leviävät multaan lannoitteeksi myös muiden kasvien käytettäväksi. Palkokasvi taas tuottaa bakteereille hiilihydraatteja. Myös harmaalepällä on samankaltainen symbioosi. Usein vähäravinteisilla soilla elävät lihansyöjäkasvit ovat kehittäneet omalaatuisen tavan typen hankkimiseen: ne pyydystävät pieniä hyönteisiä houkuttelemalla ne esimerkiksi tahmeille lehdilleen (kihokit) tai erityisille suppilonmuotoisiksi erikoistuneille lehdille (kannukasvi), jonne hyönteinen putoaa. Äärimmillään kasvit saattavat pyydystää hyönteisiä aktiivisesti, kuten kärpäsloukku (Dionaea muscipula). Lihansyöjäkasvien tapauksessa ei voida enää puhua symbioosista. Kanervat ja kämmekkäkasvit ovat hyvin riippuvaisia niiden kanssa yhteiselämää viettävistä sienirihmastoista. Myös muilla kasveilla sienirihmasto saattaa yhteistyötarkoituksessa ympäröidä kasvin juuren muodostaen ns. sienijuuren.

Kasvit ja ihminen

Ihminen on käyttänyt kasveja ravinnokseen koko olemassaolonsa ajan. Ajalta noin 8500 eaa ovat peräisin ensimmäiset todisteet maanviljelykulttuurin synnystä, jolloin viljeltiin aluksi lähinnä villivehnää ja pian myös ohraa, hernettä, linssejä ja pellavaa. Maanviljelyn avulla ihmisten lukumäärä alkoi kasvaa nopeasti ja he saattoivat jäädä aloilleen tietylle seudulle. Jalostuksen myötä ihminen on muokannut viljelykasveista tuottavampia ja kestävämpiä. Ihmisten ravinnoksi sopivat erityisesti helposti sulavat kasvinosat, kuten hedelmät ja juurekset. Puusta ihminen on saanut materiaalia muun muassa asumusten ja veneiden rakentamiseen sekä paperin valmistukseen. Puuvillasta ja pellavasta hän on valmistanut kankaita. Esteettisen mielihyvän tuottamiseen ihminen kasvattaa koristekasveja puutarhoissa ja huonekasveja sisätiloissa. Lääkekasveja on käytetty vuosituhansien ajan erilaisten vaivojen hoitamiseen, ja myös modernissa lääketieteessä niiden parantaviin ainesosiin on kiinnitetty yhä enemmän huomiota.

Katso myös

- kasvitiede eli botaniikka
- luettelo kasveista
- kasvillisuusvyöhyke
- kasveja kasvutavan mukaan: puu, pensas, köynnös, ruoho, mehikasvi
- kasveja kasvupaikan mukaan: epifyytti

Lähteet

- Soveri, Ulvinen, Kalliola: Kasvioppi (Otava, 1970)
- Uusi Pikkujättiläinen, (WSOY, 1989)
- Guinness Suuri ennätyskirja, 1993
- CD-Facta 2004 (WSOY)
- [http://sci.waikato.ac.nz/evolution/plantEvolution.shtml Plant evolution] (englanniksi)
- [http://www.plant-talk.org/stories/28bramw.html How many plant species are there?] (englanniksi) Luokka:Kasvit Luokka:Kasvitiede ms:Tumbuhan zh-min-nan:Si̍t-bu̍t ko:식물 ja:植物 simple:Plant

Hiilivety

Hiilivety on orgaaninen yhdiste, joka koostuu vain hiilestä ja vedystä. Hiilivedyt palavat yleensä hyvin ja liukenevat veteen huonosti. Hiilivetyjä käytetään energianlähteinä ja kemianteollisuudessa raaka-aineina. Fossiiliset polttoaineet öljy, bensiini ja maakaasu koostuvat pääasiassa hiilivedyistä. Niiden polttaminen synnyttää suuren osan ihmisen tuottamasta hiilidioksidista, jonka uskotaan aiheuttavan kasvihuoneilmiötä. Kemiassa hiilivetyjä käytetään reaktioiden lähtöaineina ja liuottimina. Monien muovien raaka-aineena on hiilivety. Esimerkiksi polyeteeniä valmistetaan eteeniä polymeroimalla.

Rakenteet

Hiilivedyssä hiiliatomi voi muodostaa neljä sidosta muiden atomien kanssa. Vetyatomi voi muodostaa yhden sidoksen hiiliatomin kanssa. Hiiliatomit pystyvät sitoutumaan keskenään pitkiksi ja haaroittuneiksi ketjuiksi. Ne muodostavat orgaanisten yhdisteiden ”rungon”, johon eri funktionaaliset ryhmät kiinnittyvät. Tämä hiiliatomien runko säilyy yleensä reaktioissa muuttumattomana. Jos hiiliatomien ketju muodostaa renkaan, yhdistettä sanotaan sykliseksi. Muuten se on avoketjuinen eli asyklinen. Hiilivedyt voidaan luokitella niiden tyydyttyneisyyden perusteella. Tyydyttyneissä hiilivedyissä on vain yksinkertaisia kovalenttisia sidoksia. Näitä yhdisteitä kutsutaan alkaaneiksi. Tyydyttymättömissä hiilivedyissä on kaksoissidoksia (alkeenit) tai kolmoissidoksia (alkyynit). Yksinkertaisin alkeeni on eteeni, ja yksinkertaisin alkyyni on etyyni eli asetyleeni. Kaksi kaksoissidosta sisältäviä alkeeneja voidaan sanoa dieeneiksi; polyeenit sisältävät useita kaksoissidoksia. Aromaattisissa hiilivedyissä eli areeneissa on bentseenirengas tai jokin muu aromaattinen ryhmä. PAH-yhdisteissä on useita bentseenirenkaita. PAH-yhdiste Yksinkertaisin hiilivety on metaani (CH₄), joka koostuu yhdestä hiiliatomista ja neljästä vetyatomista. Etaanissa (C₂H₆) on kaksi hiiliatomia, propaanissa (C₃H₈) kolme. Hiilivedyt, jotka eroavat toisistaan CH₂-yksikköjen määrässä, muodostavat homologisen sarjan. Alkaanien sarjan ensimmäiset jäsenet ovat metaani, etaani, propaani ja butaani. Homologisten yhdisteiden kaavat voidaan ilmaista yleisessä muodossa. Avoketjuisten alkaanien yleinen kaava on C_nH_2n+2, missä n on hiiliatomien lukumäärä. Jokainen rengas tai kaksoissidos pienentää vetyatomien lukumäärää kahdella. Siten tavallisten alkeenien ja sykloalkaanien kaava on C_nH_2n.

Ominaisuudet

Koska hiilen ja vedyn elektronegatiivisuudet ovat lähellä toisiaan, hiilivedyt ovat yleensä lähes poolittomia. Siten ne liukenevat veteen huonosti mutta useimpiin orgaanisiin aineisiin hyvin. Poolittomuus vaikuttaa myös hiilivetyjen olomuotoon: esimerkiksi metaani on kaasu, mutta vesi, joka on polaarinen ja molekyylimassaltaan suunnilleen yhtä suuri, on neste. Haaroittumattomista alkaaneista kevyimmät ovat kaasuja, 5–16 hiiliatomia sisältävät nesteitä ja raskaimmat kiinteitä. Hiilivedyt palavat yleensä vedeksi ja hiilidioksidiksi. Samalla vapautuu runsaasti lämpöä. Jos happea ei ole riittävästi, palamisessa syntyy myös hiilimonoksidia eli häkää sekä hiiltä ja hiilen yhdisteitä. Tällöin lämpöä vapautuu vähemmän kuin täydellisessä palamisessa. Alkaanit eivät reagoi herkästi. Polttamisen lisäksi alkaaneja voidaan pilkkoa krakkaamalla, tai niiden vetyatomit voidaan korvata halogeeniatomeilla. Tyydyttymättömät hiilivedyt reagoivat selvästi helpommin. Niille tyypillisiä reaktioita ovat liittymis- eli additioreaktiot. Aromaattiset hiilivedyt ovat muodollisesti tyydyttymättömiä, mutta ne reagoivat eri tavalla kuin alkeenit tai alkyynit. Tavallisesti aromaattisten hiilivetyjen reaktioissa vedyt korvautuvat.

Isomeria

additio Useimmilla hiilivedyillä on isomeerejä eli yhdisteitä, joilla on sama molekyylikaava mutta erilainen rakenne. Avoketjuisilla alkaaneilla isomeerejä esiintyy butaanista lähtien. Tavallista butaania sanotaan n-butaaniksi; haaroittunut butaani on nimeltään isobutaani. Isobutaanin kiehumispiste on −11,7 °C, joka on hieman alempi kuin n-butaanin −0,5 °C. Ero johtuu siitä, että isobutaanin ulkopinta on pienempi kuin n-butaanin ja siten isobutaanimolekyylien välillä on vähemmän heikkoja van der Waalsin voimia. Isomeerien lukumäärä kasvaa hiiliatomien määrän suurentuessa. Butaanilla (C₄H₁₀) on kaksi isomeeriä, ja kymmenen hiiliatomin dekaanilla (C₁₀H₂₂) on 75 isomeeriä. Kahdenkymmenen hiiliatomin eikosaanilla (C₂₀H₄₂) isomeerejä on laskennallisesti jo 366 319 kappaletta. Isomeerit voivat kuulua eri yhdistetyyppeihin: syklopropaani on alkaani, mutta sen isomeeri propeeni on alkeeni. Isomeerit voivat poiketa toisistaan myös pelkästään avaruudellisesti. Esimerkiksi sykloheksaanilla on kaksi eri avaruudellista muotoa, joita sanotaan vene- ja tuolikonformaatioiksi. Monilla alkeeneilla voi olla kaksi eri avaruudellista isomeeriä, cis- ja trans-muodot. Luokka:Orgaaniset yhdisteet Luokka:Hiilivedyt ms:Hidrokarbon ja:炭化水素

Rasvahappo

Rasvahappo on rengasrakenteeton monokarboksyylihappo, joka voi olla tyydyttynyt, kertatyydyttymätön tai monityydyttymätön. Esteröityneinä ne muodostavat glyserolin kanssa rasvoja ja alkoholin kanssa vahoja. Luonnon rasvahapot ovat heikkoja happoja, niissä on parillinen määrä hiili atomeja ja ne muodostavat suoloja sekä estereitä. Ihminen käyttää ravinnokseen monia rasvahappoja. Tärkeimpiä niistä ovat välttämättömät rasvahapot, joita ovat tyydyttymättömät rasvahapot eli niin sanotut omega-rasvahapot. Tyydyttyneistä rasvahapoista esimerkiksi eläimistä saatava voihappo on suurina määrinä haitallista, sillä se nostaa veren kolesterolitasoa. Teollisuudessa rasvahappoja käytetään esimerkiksi saippuoiden, pinta-aktiivisten aineiden (tensidi) sekä voitelu-, lääke- ja torjunta-aineiden, pehmittimien, muovien ja tekstiilien apuaineiden valmistukseen. Luokka:Hapot Luokka:Karboksyylihapot Luokka:Biokemia ja:脂肪酸 th:กรดไขมัน

Helium

Helium on alkuaine, joka on väritön ja hajuton jalokaasu.

Ominaisuuksia

Heliumin kiehumispiste on alkuaineista alhaisin. Tämän takia nestehelium on erittäin tärkeä alhaisen lämpötilan tutkimuksessa, koska tutkittava näyte saadaan riittävän kylmäksi yksinkertaisesti saattamalla se kosketuksiin nesteheliumin kanssa.

Käyttö

Huoneenlämpötilassa ilmaa kevyempää heliumia käytetään koristeilmapallojen täyttämiseen. Pilailumielessä ilmapallojen täyttämiseen tarkoitettua heliumia voi käyttää vetämällä sitä henkeen ja puhumalla sen jälkeen. Heliumin ilmasta eroavasta äänenkulusta johtuen puhujan ääni muuttuu korkeammaksi, "mikkihiirimäiseksi". Tämä voi kuitenkin ylen määrin harrastettuna vahingoittaa äänihuulia ja keuhkoja jopa pysyvästi. Tulevaisuuden käyttötarkoituksina on suunniteltu puhtaasti heliumilla toimivan ilmalaivan rakentamista lähinnä turistilennätyksiä varten.

Historia

Helium on siitä poikkeuksellinen alkuaine, että se löydettiin alun perin maapallon ulkopuolelta, kun tähtitieteilijä Joseph Lockyer havaitsi vuonna 1868 Auringon spektrissä toistaiseksi tuntemattoman alkuaineen spektriviivoja. Heliumin nimi tulee kreikan Aurinkoa tarkoittavasta sanasta helios. Maapallolta aineen löysivät ensimmäisinä Sir William Ramsay, Nils A. Langley ja Per Teodor Cleve kaikki itsenäisesti vuonna 1895.

Alfahiukkanen

Paljasta heliumydintä eli kaksi kertaa ionisoitunutta heliumatomia (He III) sanotaan alfahiukkaseksi ja alfahiukkasten nopeaa virtaa alfasäteilyksi. Ionisoiva alfasäteily ei ole kovin läpitunkevaa. Luokka:Alkuaineet ms:Helium ko:헬륨 ja:ヘリウム simple:Helium th:ฮีเลียม

Timantti

Timantti on hiilen muoto. Se on syntynyt maan alla kovassa paineessa ja kuumuudessa. Se on kiiltävää ja kovaa, Mohsin kovuusasteikolla 10. Fullereenikärjellä timantin kovuudeksi on pystytty mittaamaan 167 GPa (±6). Timanttia voidaan myös valmistaa keinotekoisesti. Timantti on jalokivi ja sitä käytetään muun muuassa koruissa. Timantilla on suuri symbolinen merkitys, sen ajatellaan kertovan ikuisesta tai kaiken kestävästä rakkaudesta ja siksi sitä pidetään hyvin romanttisena lahjana.

Tunnettuja timantteja

Suurimmat ja tunnetuimmat timantit saavat usein nimen. Näitä ovat muun muassa:
- Koh-I-Noor
- Cullinan I (Afrikan tähti)
- The Excelsior
- Orloff
- The Great Mogul
- Sefadu
- The Centenary
- The Premier Rose
- The Regent
- The Blue Hope
- The Sancy
- The Taylor-Burton

Linkki

- [http://www.timantit.com/ Timantit.com] Luokka:Mineraalit Luokka:Korut Luokka:luonnonvarat Luokka:Jalokivet ms:Berlian ja:ダイヤモンド simple:Diamond

Hiilikuitu

Hiilikuitu on hiilisäie tai hiilisäikeistä valmistettu kudos. Arkikielessä hiilikuidulla tarkoitetaan yleensä hiilikuidulla lujitettuja muoveja eli komposiitteja, jossa epoksihartsimatriisi lujitetaan hiilikuiduista valmistetulla matolla. Materiaali on lujaa ja kevyttä, mutta myös suhteellisen kallista. Hiilikuituja käytetään varsinkin ilmailualalla ja urheiluvälineissä. Hiilikuidusta valmistettu rakenne on painoltaan tyypillisesti vain puolet vastaavan lujuisen teräsrakenteen painosta. Hiilifilamentteja valmistetaan oksidoimalla ja pyrolyysillä polyakrylonitriilistä (PAN). Kuumennuksessa polymeeri muodostaa hiiliketjuja, jotka liittyvät pitkiksi kuiduiksi. Lopputuote on 93—95-prosenttista hiiltä. Luokka:Raaka-aineet

Teräs

Teräs on seostettua rautaa, jossa voidaan käyttää erilaisia seosaineita. Kaikille teräslaaduille on yhteistä, että ne sisältävät hiiltä. Hiiliatomit vahvistavat raudan kiderakennetta lisäten metallin lujuutta ja kovuutta. Hiilen osuus teräksessä voi vaihdella teräslaadusta riippuen, perinteisesti teräksenä pidetään rautaa jossa on enintään 5,1% hiiltä. Hieman ristiriitaisesti kun raudan hiilipitoisuus on terästä suurempi, käytetään siitä nimitystä valurauta. Teräksen ominaisuudet riippuvat voimakkaasti sen rakenteesta, joka puolestaan riippuu hiilen määrästä ja seosaineista. Rakenteeseen vaikutetaan myös lämpökäsittelyillä, etenkin karkaisulla. Karkaisu suoritetaan upottamalla kuuma teräs veteen tai öljyyn, jolloin se jäähtyy nopeasti.

Teräksen rakenne

Ferriitti on raudan tilakeskeinen kuutiollinen (BCC) kiderakenne, joka on vakain huoneenlämmössä. Vain ferriittinen teräs on ferromagneettista. Yli 723°C:n lämpötilassa kiderakenne muuttuu austeniittiseksi – pintakeskeiseksi kuutiolliseksi (FCC) muodoksi, joka pystyy liuottamaan itseensä 2,1 % hiiltä. Hiiliatomit ovat sijoittuneet raudan atomihilan välisijoihin. Jäähdytettäessä hitaasti ylikyllästeinen austeniitti muuttuu ferriitiksi ja hiilen ylijäämä muodostaa sementiittiä, Fe₃C, joka muodostaa ferriitin kanssa lamellimaisen kaksifaasisen yhdisteen nimeltä perliitti. Sementiitti on karbidi, joka on kovaa, mutta erittäin haurasta.

Teräksen karkaisu

Nopeampi jäähdytys muodostaa bainiittia, joka myös muodostuu sementiitistä ja ferriitistä, mutta ei ole lamellaarinen. Nopeimmat jäähdytykset aiheuttavat austeniitin lohkeamisen martensiitiksi, eli raudan kiderakenne muuttuu BCC:stä FCC:ksi yhtäkkisesti. Välisijoissa olevat hiiliatomit jäävät lukkoon austenittisen raudan välisijoihin aiheuttaen kiderakenteeseen puristusjännityksen, joka estää kiderakenteen muutoksia mekaanisten voimien vuoksi. Martensiittiset teräkset ovat kovia ja lujia, mutta myös hauraita. Teräksen ominaisuuksia voidaan muokata vielä karkaisun jälkeen lämpökäsittelyillä kuten päästö ja nuorrutus, jolloin osa teräksestä uudelleenkiteytyy ja kiteeseen jääneet ylimääräiset atomit erkautuvat raerajoille. Päästö vähentää teräksen kovuutta, mutta lisää sen sitkeyttä.

Seosaineet

Terästä seostetaan hiilen lisäksi monilla muilla aineilla haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Yleisimpiä seosaineita ovat: nikkeli, pii, kromi, koboltti, volframi, molybdeeni, vanadiini ja alumiini. Ruostumaton teräs sisältää alle 1,20 % hiiltä ja yli 12 % kromia. Yleinen seostus on 18 % kromia ja 10 % nikkeliä. Kromiseostuksen ansiosta pintaan muodostuu passiivinen raudan ja kromin oksidien kerros, joka erottaa teräksen ympäristöstä.

Valmistus

alumiini Vaikka teräksen valmistus tunnettiin Kiinassa jo 200-luvulla, vasta 1855 patentoitu Bessemerkonvertteri alensi teräksen tuottamisen kustannukset samalle tasolle valuraudan kanssa. Teollisen vallankumouksen alkuajat teräs oli ollut liian kallista (50–60 £/tonni) yleiseen käyttöön ja rakenteet, jopa laivat valmistettiin etupäässä valuraudasta. Bessemerprosessin mahdollistaman hinnanalennuksen (7 £/tonni) myötä lähes kaikki valmistus kääntyi teräkseen. Bessemerkonvertteri on masuuni, johon panostetaan rautaoksideja ja koksia, ja alhaalta puhalletaan masuuniin ilmaa. Puolet koksista palaa sulattaen raudan, ja puolet kuluu rautaoksidien pelkistämiseen. Epäpuhtaudet palavat tai jäävät kellumaan raudan pinnalle. Sula teräs lasketaan ulos uunin alaosasta.

Teräslaatuja

- hiiliteräkset
- Damaskiteräs
- Ruostumaton teräs on seostettu kromilla ja nikkelillä, ja kestää korroosiota.
- Työkaluteräkset ovat runsashiilisiä teräksiä, jotka on lisäksi seostettu kovia karbideja muodostavilla aineilla.
- suurlujuuksiset matalaseosteiset teräkset (HSLA-teräkset)
- seostetut teräkset
- superseokset
- Invarteräs

Linkkejä

- [http://butler.cc.tut.fi/~juhan/vmv_2002/vmv_4_1.html Rautametallit], Tampereen teknillisen yliopiston kurssimateriaalia.
- [http://terasrenki.com/teras/puukko.htm Puukko- ja veitsimateriaalien perusteita] Teräsrenki Oy. Luokka:Metalliseokset ja:鋼 simple:Steel

Syanidi

Syanidit ovat syaanihapon (HCN) suoloja. Tärkeimpiä ovat kalium- ja natriumsyanidit. Useimmat ovat erittäin myrkyllisiä ihmiselle. Isosyanidit (HNC) muistuttavat kemiallisilta ominaisuuksiltaa syanidia. Syanidia valmistettiin aiemmin mm. tislaamalla joidenkin hedelmien kivistä, jotka sisältävät pieniä määriä syanidia. Luokka:Kemia ja:シアン

Etyyni

Asetyleeni eli etyyni on orgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on C₂H₂. Asetyleenin löysi Edmund Davy vuonna 1836. Asetyleeni on väritön ja erittäin tulenarka kaasu, jonka kiehumispiste normaalissa paineessa on -80,8 °C. Normaalisti asetyleenillä on miellyttävä makea tuoksu. Jos kaasu kuitenkin valmistetaan käyttämällä kalsiumkarbidia, hajusta tulee epäpuhtauksien takia terävän valkosipulimainen. Asetyleeni voi räjähtää äärimmäisen suurella voimalla, jos kaasun paine ylittää 100 kPa. Suurin osa asetyleenin energiasta on hiilten välisessä kolmoissidoksessa. Asetyleeniä käytetään mm. hitsauksessa. Puhtaassa hapessa poltettuna se voi saavuttaa jopa 3000 °C lämpötilan. Luokka:Orgaaniset yhdisteet ja:アセチレン

Isotooppi

Alkuaineen isotoopit ovat atomeja, joissa on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja, joten ne poikkeavat massaltaan toisistaan. Nimitys isotooppi on laina "samanpaikkaista" tarkoittavasta kreikankielisestä sanasta ja viittaa siihen, että saman alkuaineen isotoopit ovat alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä samassa paikassa. Kaikilla alkuaineilla on useampia isotooppeja. Hyvä esimerkki on kloori, joka esiintyy luonnostaan seoksena, jossa noin 3/4 atomeista on atomimassaltaan 35 ja 1/4 on massaa 37. Keskimääräinen atomimassa on siis 35,5 g/mol. Alkuaineilla on yleensä vain hyvin pieni määrä vakaita isotooppeja eikä lyijyä raskaammilla aineilla ole yhtäkään. Liian raskas tai kevyt isotooppi hajoaa radioaktiivisesti. Ns. isotooppisäteilylähteet sisältävät jotain vakaaksi liian raskasta isotooppia alkuaineesta, jonka luonnossa esiintyvät isotoopit ovat vakaita. Esimerkiksi koboltin luonnolliset isotoopit ovat vakaita aineita, mutta sen epävakaita isotooppeja käytetään sädehoidossa. Kemiallisessa mielessä alkuaineiden isotoopit katsotaan identtisiksi, eikä niitä yleensä voida erottaa toisistaan kemiallisten reaktioiden avulla. Käsitteenä isotooppi liittyy atomin ytimeen. Ydinfysiikka tutkii atomin ytimessä tapahtuvia vuorovaikutuksia.

Vakaa isotooppi

Vakaat isotoopit ovat atomien isotooppeja, jotka eivät hajoa eli eivät ole radioaktiivisia. Luokka:Ydinfysiikka Luokka:Fysiikka ko:동위원소 ja:同位体 simple:Isotope th:ไอโซโทป

Radioaktiivisuus

Radioaktiivinen aine on alkuaine, joka on atomin ytimen rakenteeltaan epävakaa ja hajoaa spontaanisti kevyemmiksi aineiksi. Prosessissa vapautuu ionisoivaa säteilyä, joka on joko sähkömagneettista säteilyä tai hiukkassäteilyä. Radioaktiivisuus voi ilmetä monilla eri tavoilla:
- Alfasäteily: Ydin emittoi alfa-hiukkasen (Helium-4-ytimen), jolloin sen massaluku vähenee neljällä ja järjestysluku kahdella. Tämä jälkeen ydin jää yleensä virittyneeseen tilaan.
- Beetasäteily: Ytimen neutroni muuttuu protoniksi ja emittoi beta-hiukkasen (nopea elektroni). Tämä kasvattaa järjestyslukua yhdellä massaluvun muuttumatta. Päinvastainen reaktio on mahdollinen, mutta harvinainen. Ydin jää yleensä virittyneeseen tilaan.
- Gammasäteily: Ytimen virittynyt tila purkautuu, ja se emittoi gamma-hiukkasen (suurienerginen fotoni).
- Fissio: Ydin hajoaa kahdeksi pienemmäksi ytimeksi, ja mahdollisesti nopeiksi neutroneiksi, beeta- ja alfahiukkasiksi ja emittoi gammasäteitä. Fissio on yleensä melko harvinainen ellei ydin ole absorboinut ylimääräistä neutronia. Ytimen hajotessa siitä syntyy uusia alkuaineita. Nämä voivat edelleen hajota uusiksi alkuaineiksi kunnes syntyy stabiili ydin. Radioaktiivisen atomin hajoamista voi stimuloida pommittamalla sitä muilla hiukkasilla, esim neutroneilla. Osuessaan atomiytimeen ylimääräinen neutroni muuttaa ytimen epävakaaksi, jolloin se hajoaa itsekseen. Ytimen hajotessa vapautuu lisää neutroneita, joka voi johtaa ketjureaktioon. Tätä ilmiötä käytetään hyväksi ydinaseissa ja ydinvoimassa. Puoliintumisaika on aika, jonka kuluessa puolet radioaktiivisen aineen ytimistä on hajonnut toisiksi ytimiksi. Aineen puoliintumisaika voi olla miljoonista vuosista nanosekunteihin.

Radioaktiivisuuden mittaus

SI-järjestelmän mukainen aktiivisuuden yksikkö on becquerel. Yksi becquerel vastaa yhtä hajoamista sekunnissa. Absorboituneen annoksen yksikkö on gray, J/kg. Ekvivalenttiannosta mittaa sievert, joka on gray kerrottuna säteilyn haitallisuudella. Beta- ja gammasäteilyllä kerroin on yksi, neutronisäteilyllä 10 ja alfasäteilyllä 20.

Muutamia radioaktiivisia aineita

Isotooppi	puoliintumisaika	hajoamismekanismi
Uraani-238	4 500 miljoonaa vuotta	Alfa
Hiili-14	5 570 vuotta	Beta
Koboltti-60	5,3 vuotta	Gamma
Radon-222	4 päivää	Beta

Turvallisuus

Radioaktiivisuuteen liittyvistä turvallisuusnäkökohdista kerrotaan artikkelissa säteilyturvallisuus. Ydintekniikan turvallisuudesta kerrotaan artikkelissa ydinturvallisuus.

Historia

ydinturvallisuus Radioaktiivisuuden löysi vuonna 1896 ranskalainen tiedemies Henri Becquerel työskennellessään fosforoivien aineiden parissa. Nämä materiaalit loistavat pimeässä, kun ne on altistettu ensin valolle. Becquerel ajatteli, että röntgensäteiden katodisädeputkissa tuottama säteily liittyisi jollakin tavalla tähän. Niinpä hän kääri valokuvauslevyn mustaan paperiin ja laittoi sille erilaisia fosforoivia mineraaleja. Mitään ei tapahtunut, kunnes hän kokeili uraanin suoloja. Näillä yhdisteillä levy tummui voimakkaasti. Pian kävi kuitenkin ilmi, että tummumisella ei ollut mitään tekemistä fosforenssin kanssa, koska levy tummui mineraalin ollessa pimeässä. Myös ei-fosforoivat uraanin suolat ja jopa metallinen uraani tummensi levyn. Oli selvästi olemassa jokin uusi säteilyn muoto, joka kykeni läpäisemään paperin ja aiheutti valokuvauslevyn tummumisen. (Monien lähteiden mukaan Becquerel löysi radioaktiivisuuden vahingossa) Ensin uusi säteily vaikutti olevan samankaltaista kuin röntgensäteily. Kuitenkin jatkotutkimus, jota Becquerel, Pierre ja Marie Curie, Ernest Rutherford ja muut tekivät, paljasti useita eri radioaktiivisuuden tyyppejä. Nämä tutkijat havaitsivat myös, että useilla muilla kemiallisilla elementeillä on radioaktiivisia isotooppeja. isotooppejaRadioaktiivisuuden ja säteilyn vaaroja ei tajuttu heti. Akuutti säteilymyrkytys (radiation poisoning) havaittiin aikaisin, mutta aluksi oletettiin, että, samoin kuin tulen tapauksessa, vaarassa oltiin vain jos havaittiin välitön vaikutus. Ei myöskään tajuttu, että jos radioaktiivista ainetta nautittiin, se jatkoi säteilyään myös kehon sisällä aiheuttaen usein syöpää tai muita vakavia ongelmia. Monet fyysikot ja yhtiöt alkoivat markkinoida radioaktiivisia aineita lääkkeinä(patent medicines); eräs erityisen hälyttävä esimerkki oli säteilevät peräruiskeet. Ennen kuolemaansa Marie Curie vastusti tällaisia hoitoja varoittaen, että säteilyn vaikutuksia ihmiskehossa ei täysin ymmärretty. Toisen maailmansodan aikana tajuttiin, että radioaktiivisuuden vapauttamaa energiaa voitaisiin käyttää valtavan tuhon aikaansaamiseen. Sekä Akselivallat että Liittoutuneet aloittivat projekteja, joiden tarkoituksena oli kehittää sellaisia aseita. Manhattan-projekti Yhdysvalloissa myös onnistui lopulta. Sen tuottamat pommit pudotettiin Japaniin. Toisen maailmansodan ja Kylmän sodan aikana ydinteknologian kehitys jatkui, mutta säteilyn ja radioaktiivisen saastumisen vaaroihin kiinnitettiin edelleen hyvin vähän huomiota. Monia ydinaseita testattiin ilmassa niin, että maan taustasäteilyn määrä nousi merkittävästi kokeista johtuen. Lopulta ydinkokeiden vastainen sopimus (Nuclear Test Ban Treaty) lopetti nämä kokeet. Ydinvoimaa käytettiin myös sukellusveneissä, laivoissa ja kaupallisessa energiantuotannossa. Vasta 1960-luvulla alettiin ymmärtää, että pitkäaikainen altistuminen heikolle säteilylle voi johtaa vakaviin terveydellisiin ongelmiin, ja että radioaktiivinen ympäristön saastuminen voi aiheuttaa ihmisille juuri tällaista altistumista. Tämän tajuamisen jälkeen yleinen huoli kasvoi merkittävästi ja turvallisuustoimenpiteitä kiristettiin. Radioaktiivisten isotooppien käyttöä rajoitettiin. Yleinen huolestuneisuus kasvoi merkittävästi ydinonnettomuuksien johdosta, erityisesti Three Mile Islandin ja Tšernobylin tapausten johdosta. Säteilyyn ja radioaktiivisuuteen liittyy monia pelkoja ja virhekäsityksiä. Tämä pelko kohdistunut mihinkään erityiseen, vaan kaikkeen, johon liittyi sana ”ydin”. Esimerkiksi termistä nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) siirryttiin termiin magnetic resonance imaging (MRI), magneettinen resonanssikuvantaminen pelon hälventämiseksi. Luokka:Fysiikka Luokka:Ydinfysiikka ja:放射能

Typpi

Typpi on alkuaine, joka esiintyy normaalisti kaksiatomisena kaasuna. Typen järjestysluku on 7 ja kemiallinen merkki N. Typpi on osana monissa elämälle välttämättömissä yhdisteissä.

Ominaisuudet

Typpi on epämetalli, jolla on viisi elektronia uloimmalla elektronikuorellaan. Huoneenlämmössä typpi on hajutonta, mautonta ja väritöntä. Kahden typpiatomin muodostamassa typpimolekyylissä N₂ on kestävä kolmoissidos, mikä tekee typestä passiivisen.

Historia

Daniel Rutherford löysi typen vuonna 1772, mutta jo keskiajan alkemistit tunsivat typen yhdisteitä.

Esiintyminen

Typpi on luonnossa hyvin yleinen alkuaine ja sitä esiintyy kaikissa eliöissä maanpallolla. Typpi kuuluu keskeisesti mm. aminohappoihin. 78% Maan ilmakehästä koostuu typestä.

Isotoopit

Typellä on kaksi isotooppia, pysyvä N-14, jota on yli 99,6% kaikesta typestä, ja pysymätön N-15.

Käyttö

Nestemäinen typpi soveltuu matalan kiehumispisteensä ansiosta mm. jäähdytykseen. Tämän lisäksi typen passiivisuus mahdollistaa sen käytön suojakaasuna. Teollisuudessa typpeä käytetään ammoniakkin, lannoitteiden sekä perinteisten räjähdysaineiden raaka-aineena. Typpihapon ja suolahapon seos, kuningasvesi on yksi harvoja aineita, joka voi liuottaa kultaa.

Biologinen merkitys

Typpi on elintärkeää kaikelle elämälle, sillä sitä tarvitaan aminohappojen sekä nukleiinihappojen muodostamisessa. Vaikka suurin osa ilmakehästä onkin typpeä, voi kasveille syntyä siitä vajausta, sillä ne eivät voi vastaanottaa sitä suoraan ilmasta. Tähän pystyy mm. hernekasvien juurinystyissä elävät typensitojabakteerit, jotka elävät symbioosissa kasvin kanssa. Eläimet eivät voi sitoa typpeä itse lainkaan, vaan saavat tarvitsemansa typen syödessään kasveja ja muita eläimiä.

Huomioitavaa ja varoitukset

Typpi on kasviravinne, joka aiheuttaa vesistöjen rehevöitymistä. Typen oksidit aiheuttavat happamia sateita.

Linkit

[http://www.ttl.fi/internet/ova/typpi.html Onnettomuutta ja vaaraa aiheuttavat aineet] Luokka:Alkuaineet ko:질소 ja:窒素 simple:Nitrogen th:ไนโตรเจน

Puoliintumisaika

Puoliintumisaika on mitta, jota käytetään erityisesti radioaktiivisista aineista puhuttaessa. Se tarkoittaa sitä aikaa, jonka kuluessa puolet aineen atomiytimistä on hajonnut toisiksi atomeiksi. Puoliintumisajan pituus ei suoraan kerro sitä, kuinka haitallista aine on. Biokemiassa puoliintumisaikaa käytetään mittaamaan aikaa, jonka kuluessa puolet aineen molekyyleistä on hajonnut elimistössä.

Kaava

Merkitään radioaktiivisen aineen määrää

N

, puoliintumisaikaa

T

ja aikaa

t

. Tällöin aineen

N

määrä ajan

T

kuluttua on :

N \cdot 0,5^

Esimerkkejä

Esim. 1 Ydinenergian tuotannossa käytettävä uraanin isotooppi ²³⁵U puoliintuu noin 700 miljoonassa vuodessa. Esim. 2 Kofeiinin puoliintumisaika ihmisen elimistössä on noin 6 tuntia, riippuen ihmisen aineenvaihdunnasta. Kupillisessa vahvahkoa kahvia on noin 80 mg kofeiinia. Veikko aloitti hiljan kahvinjuonnin nauttimalla aamulla klo 8 yhden kupin kahvia, ja iltapäivällä kolmen aikoihin toisen. Illalla hän ei saa hyvin unta. Paljonko hänen elimistössään on kofeiinia kello 22 illalla? Ratkaisu: olettaen että kofeiinin määrä ei vaikuta sen puoliintumisaikaan elimistössä, saamme ensin aamukahvista johtuneen kofeiinin määräksi 80 mg × 0,5^(14/6) = 15,9 mg. Iltapäivällä nautitusta kofeiinista on keskiyöllä vielä jäljellä 80 mg × 0,5^(7/6) = 35,6 mg. Näin ollen Veikon veressä on keskiyöllä vielä yli 50 milligrammaa kofeiinia – mikä siis vastaa noin kahta kolmasosaa yhden kahvikupillisen sisältämästä kofeiinimäärästä. Luokka:Fysiikka ko:반감기 ja:半減期 th:ครึ่งชีวิต

Isotooppi

Vakaa isotooppi

Vakaat isotoopit ovat atomien isotooppeja, jotka eivät hajoa eli eivät ole radioaktiivisia. Luokka:Ydinfysiikka Luokka:Fysiikka ko:동위원소 ja:同位体 simple:Isotope th:ไอโซโทป

Sedimentti

Sedimentti tarkoittaa kerrostuvaa maa-ainesta, joka on siirtynyt paikalle veden, tuulen tai jäätikön vaikutuksesta. Tavallisimmin sedimenttejä syntyy merien, järvien ja jokien pohjiin. Aavikon hiekkadyynit ja lössi, hienojakoinen pöly, kulkeutuvat tuulen mukana. Kun sedimentti hautautuu maan sisään tarpeeksi syvälle, siitä tulee suuressa kuumuudessa ja paineessa sedimenttikivilajia. Luokka:Geologia

Doping

ssä.]] Doping on urheilusuoritusten parantamista kielletyin, dopingainein. Nykyään dopingin käyttöä pyritään estämään dopingtesteillä ja dopingaineiden käytöstä langetettavilla kilpailukielloilla. Yleisesti käytettyjä keinotekoisia dopingaineita ovat anaboliset steroidit ja EPO. Veridoping tarkoittaa verensiirtoa toiselta henkilöltä tai oman säilötyn veren siirtoa elimistöön. Suuri punasolujen määrä parantaa elimistön hapenkuljetusta ja siten urheilusuoritusta. Veritankkaus on ollut kiellettyä vuodesta 1985. Urheilusuoristusta voidaan parantaa tilapäisesti esim. amfetamiinijohdannaisilla, kofeiinilla tai alkoholilla. Pitempiaikaisessa dopingissa taas käytetään esim. anabolisia steroideja, jotka kasvattavat lihasmassaa. Suomessa dopingin vastaista työtä tekee ADT eli Suomen Antidopingtoimikunta ja maailmanlaajuisesti WADA eli Maailman Antidopingtoimisto (World Anti-Doping Agency). Ensimmäisestä havaitusta dopingista saa nykyisin kahden vuoden kilpailukiellon, ja toisesta elinikäisen. Suomessa dopingaineen valmistamisesta ja levittämisestä voi saada korkeintaan kaksi vuotta vankeutta, törkeässä tapauksessa neljä. Käytöstä ei ole laissa rangaistusta.

Dopingaineita

- EPO
- Nandroloni
- Kofeiini (2003 asti)

Katso myös

- Luettelo suomalaisista urheilijoista, jotka ovat jääneet kiinni kiellettyjen aineiden käytöstä

Linkkejä

- [http://www.antidoping.fi Suomen Antidopingtoimikunta ADT] Luokka:Urheilu ko:도핑 ja:ドーピング

Hormoni

Hormonit osallistuvat lähes kaikkiin elimistön aineenvaihduntaprosesseihin. Hormonit ovat kemiallisia viestiaineita, jotka kulkeutuvat syntypaikastaan verenkierron mukana kaikkialle. Hormoni voi vaikuttaa vain sellaiseen soluun, jonka pinnassa on erikoistuneita vastaanottajia eli reseptoreja; erittäin pienet määrät vaikuttavat. Hormoneja tuottavat eri puolilla olevat umpirauhaset. Aivolisäke säätelee muiden umpirauhasten toimintaa. Kasvuhormoni rakentaa elimistöä, lisää valkuaisaineiden valmistusta, säätelee luiden pituuskasvua ja kasvattaa lihaskudosta. Kilpirauhashormonit määräävät aineenvaihdunnan perustahdin. Insuliini edistää verensokerin eli glukoosin sisäänottoa solujen varastoihin. Insuliinin vastavaikuttajahormoni on glukagoni, joka vapauttaa vereen sokeria maksasta. Hermostolla ja hormonitoiminnalla on yhteinen keskus väliaivojen pohjassa. Sinne tulee sekä hermosolujen välittämää, että verenkierron tuomaa tietoa elimistön sisältä ja ulkopuolelta. Väliaivojen pohja säätelee hormonituotantoa. Aivolisäkkeen hormonit vaikuttavat vuorostaan muihin umpirauhasiin. Hermosto ja hormonit toimivat yhdessä esimerkiksi silloin kun suutumme, pelästymme tai stressaannumme. Pitkittynyt stressi kuluttaa energiavarastoja, hidastaa ruuansulatusta ja nostaa verenpainetta.

Katso myös

- Kasvihormoni
- ko:호르몬 ja:ホルモン simple:Hormone th:ฮอร์โมน