Elementillä tarkoitetaan ainetta, joka koostuu samanlaisista atomeista. Tietyn alkuaineen kaikilla atomeilla on sama järjestysluku. Alkuaineita ei voida hajottaa edelleen pienemmiksi aineiksi kemiallisten reaktioiden avulla. Niitä voidaan kuitenkin muuttaa toisiksi alkuaineiksi vain ydintoiminnoilla. Alkuaineen atomeissa on sama määrä protoneja, mutta neutronien määrä vaihtelee. Kun atomin protonien lukumäärä muuttuu, alkuaine muuttuu.
Alkuaineiden ominaisuudet
Jokaisella tunnetulla alkuaineella on nimi ja numero, jotka on lueteltu jaksollisessa järjestelmässä. Jaksollisessa järjestelmässä esitetään kunkin alkuaineen elektronikonfiguraatio, alkuaineen järjestysluku ja alkuaineen kemialliset ominaisuudet. Atomiluku tarkoittaa alkuaineen atomissa olevien protonien lukumäärää. Alkuaineet voidaan luokitella kolmeen pääryhmään, joita ovat metallit, epämetallit ja metalloidit. Jaksollisen järjestelmän vasemmalla puolella olevat alkuaineet ovat tyypillisesti metalleja. Jaksollisen järjestelmän oikealla puolella olevat alkuaineet ovat epämetalleja. Jotkin alkuaineet, kuten vety ja natrium, ovat suosittuja, kun taas toiset, kuten dysprosium, jäävät tuntemattomiksi, koska niitä käytetään harvoin. Kuparin, hiilen ja hopean kaltaisia alkuaineita on ollut olemassa tuhansia vuosia.
Alkuaineiden nykyinen määrä
Jaksollisessa järjestelmässä on yhteensä 118 alkuainetta. Näistä neljä lisättiin luetteloon vuonna 2016. Nämä ovat Nihonium (113), Moskovi (115), Tennessine (117) ja Oganesson (118). Jaksollisen järjestelmän 98 ensimmäistä alkuainetta esiintyy luonnossa, kun taas loput löytyvät vain ydinkiihdyttimistä ja laboratorioista. Kolmekymmentäkaksi 98 alkuaineesta on puhtaassa muodossaan. Loput esiintyvät yhdisteinä. Luonnollisista alkuaineista 80 on stabiileja, mikä tarkoittaa, että ne eivät voi hajota radioaktiivisesti. Kymmenen 98 alkuaineesta esiintyy vain pieniä määriä. Tyypillisesti kaikki jaksollisen järjestelmän alkuaineet, joiden järjestysluku on suurempi kuin lyijyn, ovat epästabiileja ja siten alttiita radioaktiiviselle hajoamiselle. Vaikka useita löydetyistä alkuaineista esiintyy luonnossa, vain muutama niistä esiintyy alkuperäisessä muodossaan. Näiden harvojen joukossa ovat jalokaasut, jotka eivät muodosta helposti yhdisteitä, sekä metallit, kuten kupari, hopea ja kulta. Tähän luokkaan kuuluvia ei-metalleja ovat muun muassa typpi, happi ja hiili. Alkuaineita, joita ei esiinny natiivimuodossaan, ovat alkali- ja emäksiset metallit sekä harvinaiset maametallit.
Harvinaiset vs. alkuperäiset alkuaineet
Harvinaisia alkuaineita saadaan joidenkin tavallisten alkuaineiden radioaktiivisen hajoamisen kautta. Esimerkiksi fransium syntyy aktiniumin hajoamisesta. Monet jaksolliseen järjestelmään hiljattain listatuista alkuaineista ovat saattaneet syntyä pitkään olemassa olleiden tuntemattomien alkuaineiden hajoamisen kautta. Alkuperäiset alkuaineet taas ovat luonnossa yhdistämättömässä muodossa esiintyviä alkuaineita. Kuitenkin vain muutamia natiiveja alkuaineita esiintyy yhdisteiden muodossa.
Jaksollisen järjestelmän tulevaisuus
Kuusi uutta alkuainetta löydettiin vuosien 2012 ja 2016 välisenä aikana, mikä täytti jaksollisen järjestelmän pohjalle jääneet aukot. Vuonna 2019 tuli kuluneeksi 150 vuotta jaksollisen järjestelmän perustamisesta. Koska tunnettujen alkuaineiden kemialliset ominaisuudet muuttuvat jatkuvasti, uusia alkuaineiden löytöjä tehdään jatkuvasti. Suurin osa jaksollisen järjestelmän muutoksista johtuu ihmisen tekemistä alkuaineista, joita tutkijat ovat tehneet suurienergisiä kiihdyttimiä käyttäen. Toisin kuin luonnon alkuaineet, joita voidaan käsitellä, nämä synteettiset alkuaineet ovat kuitenkin todennäköisesti epävakaita ja hajoavat siten nopeasti. Siitä huolimatta on mahdollista, että atomimaailmassa tehdään lisää jännittäviä löytöjä.