Orgaaninen kemia/Orgaanisten molekyylien alkuaineet
Orgaaniset molekyylit muodostuvat pääosin muutamasta perusalkuaineesta, joista tärkein on molekyylien runkoja muodostava hiili. Muita tärkeitä ovat vety, happi, typpi, rikki ja fosfori.
Hiili muokkaa
Hiili on jaksollisessa järjestelmässä sijalla 6 oleva alkuaine. Sen yleisimmän isotoopin massa on 12 g/mol, ja siitä käytetään tunnusta C (carbon). Hiili kuuluu epämetalleihin. Se esiintyy puhtaana grafiittina, timanttina ja fullereeni-muodossa.
Hiilellä on kemiallisesti mielenkiintoinen kyky sitoutua itseensä ja monipuolisesti myös muihin alkuaineisiin muodostaen lähes 10 miljoonaa tunnettua yhdistettä. Hiili kykenee muodostamaan yhteensä neljä sidosta tetrahedraalisessa muodossa. Se voi myös sitoutua kaksin- ja kolminkertaisin sidoksin toisiin molekyyleihin. Hiilen tetrahedraalinen muoto on vakaa, eli substituenttien suhde toisiinsa pysyy vakiona. Tämä mahdollistaa kiraalisten molekyylien syntymisen.
Ilmakehässä hiiltä esiintyy hiilidioksidina (C=O), jota yhteyttävät kasvit käyttävät pääasiallisena hiilenlähteenä. Vedyn kanssa hiili muodostaa hiilivetyjä, jotka mm. ovat oleellisia teollisuudelle fossiilisten polttoaineiden muodossa. Yhdessä vedyn ja hapen kanssa hiili muodostaa hyvin laajan kirjon orgaanisia molekyylejä: sokereita, alkoholeja, karboksyylihappoja, estereitä jne.
Hiilen 14-isotooppia käytetään hyväksi radiohiili-iänmäärityksessä, josta on hyötyä mm. arkeologiassa.
Vety muokkaa
Vety on erittäin kevyt ja tulenarka väritön kaasu. Sen toista ja kolmatta isotooppia käytetään tulevaisuudessa muun muassa fuusioreaktoreissa. Luonnossa vety esiintyy kaksiatomisina H2-molekyyleinä. Lisäksi luonnossa on vähäisiä määriä deuterium-isotooppia.
Tavallinen vety-atomin ydin muodostuu yhdestä protonista, deuterium-isotooppi yhdestä protonista ja yhdestä neutronista ja tritium-isotooppi yhdestä protonista ja kahdesta neutronista.
Typpi muokkaa
Typpi on ilmakehän yleisin kaasu. Sitä on ilmasta n. 79,1 til-%. Se esiintyy ilmassa kaksiatomisena kaasuna. Typpi on väritön, hajuton ja mauton kaasu ja jotakuinkin inertti, eli huonosti reaktiivinen. Kolmoissidos atomien välillä on kestävä. Inerttiydestään johtuen typpeä käytetään suojana hapettumiselta ja räjähdysvaarallisten aineiden säilytyksessä.
Jotkut mikrobit kykenevät sitomaan ilmasta typpeä. Onkin arvioitu, että lähes kaikki biomolekyylien typpi olisi alun perin otettu käyttöön tämän reitin kautta. Maaperässä typpeä esiintyy nitraatteina, nitriitteinä ja ammoniakkina. Kasvit kykenevät hyödyntämään näistä kaikkia. Typpi on välttämätöntä mm. proteiinien ja nukleiinihappojen muodostuksessa.
Teolliseen käyttöön typpeä saadaan mm. tislaamalla sitä suoraan ilmasta.
Happi muokkaa
Happea esiintyy monissa orgaanisissa molekyyleissä. Se voi muodostaa happisiltoja ja yhdistää näin toisiinsa kaksi hiiliatomia. Lisäksi sillä on vapaa elektronipari joka voi osallistua mm. vetysidosten muodostamiseen.