Elementler Tablosu

Elementler Tablosu


Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısına, atom numarası denir Z ile gösterilen bu sayı, o atomun hangi elemente ait olduğunu belirler Çünkü atom nötür halde iken; çekirdeğindeki proton sayısının, yörüngelerindeki elektron sayısına eşit olması gerekiyor ve atomun kimyasal özelliklerini, bu ikinci sayı belirliyor Fakat aynı elemente ait çekirdeklerin, proton sayıları aynı olmakla beraber, nötron sayıları farklı olabilir Bu çekirdeklere, o aynı elementin izotopları denir Nitekim, doğadaki elementlerin hemen hepsi, birden fazla izotopun karışımından oluşur

Bu durumda, herhangi bir 'doğal element'in 'atom ağırlığı,' tüm izotoplarının atom ağırlıklarının, katkı yüzdeleriyle çarpılıp toplanmasıyla, yani ağırlıklı bir ortalama alınarak hesaplanır Elementler tablosunda verilen atom ağırlıklarının kesirli sayılar şeklinde olması, daha çok bu yüzdendir Son olarak; çekirdekteki proton ve nötron sayılarının toplamına, 'kütle numarası' denir ve herhangi bir izotop genellikle; simgesinin sol alt tarafında atom, sağ üst tarafında da kütle numarası indisleriyle gösterilir Örneğin 6C12 gibi Veya kütle numarasının sol üst köşede gösterildiği de olur




Şimdi elementler tablosunu inşa etmek üzere; nötür bir hidrojen atomu alıp, çekirdeğine bir proton daha koyalım Çekirdeğin yükü 1 arttığından, yörüngedeki tek elektron, daha büyük bir kuvvetle çekilmektedir ve yarıçap, hidrojene göre küçülür

Öte yandan, 1s yörüngesinin dağılımı küresel simetrik olduğundan, bu elektron çekirdeğin yükünün, hemen hemen yarısını kamufle etmiştir Dolayısıyla He+ iyonu elde edilmiş olur 1s yörüngesine bir elektron daha konduğunda, nötür helyum atomu elde edilecektir Bu ikinci elektron çekirdeğin yükünü, yaklaşık olarak +1 görür ve sanki hidrojen atomunun 1s yörüngesine yerleşmiş gibidir

Ancak, elektronların enerji düzeyleri, hidrojeninkine göre biraz daha aşağı kaymış, atomun yarıçapı da biraz küçülmüştür Öte yandan, Pauli'nin dışlama ilkesi elektronların aynı 'kuantum durumu'nu paylaşmasını yasakladığından; hiç değilse 'spin kuantum sayıları'nın farklı, yani spinlerin zıt yönlerde olması gerekir Sonuç olarak; 2 elektronlu helyumun yörünge şeması 1s2 olur ve spinler zıt yönde, birbirini götürmektedir

Şimdi nötür bir helyum atomu alıp, çekirdeğine bir proton eklersek, elektronlar çekirdeğe biraz daha yaklaşır Dışarıyla karşı net yük, 1s2 elektronlarının kamuflajı nedeniyle, +1 olarak görünmektedir Ortaya Li+ iyonu çıkmıştır ve nötür atomu verecek olan üçüncü elektron, 2s yörüngesine yerleşmek durumundadır Gerçi bu üçüncü elektron, +1 yüklü bir hidrojen çekirdeği görmekte gibidir Fakat yeni bir yörünge kabuğuna oturmak zorunda olduğundan, 1s2 elektronları çekirdeğe yaklaşmış olsalar dahi, atomun yarıçapı sonuç olarak büyür

Çünkü her yeni kabuk devreye girdiğinde; atomun yarıçapında yer alan büyüme, çekirdek yükünün artışından kaynaklanan küçülmeye oranla baskındır Sonuç olarak Li'un yörünge şeması 1s22s1 olur 1s2 elektronlarının spinleri zıt yönlerde olup birbirini götürdüğünden, 2s1 elektronunun spini eşleşmemiş kalır Atom bir manyetik alana yerleştirildiğinde, bu spinin, alan yönüne paralel veya zıt olmasına göre, atomun enerji düzeyi az biraz değişir


Bu şekilde devam ederek, diğer elementlerin yörünge şemaları birer birer elde edilebilir Örneğin, lityumdan sonra gelen berilyum 1s22s2, boron ise 1s22s22p1 yörünge şemalarına sahiptir Borondaki eşleşmemiş olan 2p1 elektronunun spini, bir manyetik alanın varlığında, yörünge açısal momentumundan (l) bağımsız bir tepki vermek yerine, önce onunla birleşmek ('coupling') eğilimindedir 'Spin yörünge birleşmesi' denilen bu olgunun sonucunda ortaya çıkan toplam açısal momentum j; l-½ veya l+½ değerlerini alablilir Bu toplam açısal momentumun manyetik alan yönündeki bileşeni (m) ise; kuantum sıçramaları gösterir ve -j ile +j arasındaki 2j+1 adet değerden (-j, -j+1, j-1, j), herhangi birine sahip olabilir

Toplam açısal momentumun manyetik alana göre bu farklı yönelişleri, elektronun enerji düzeyini, az da olsa değiştirir Dolayısıyla, aynı bir tek (n, l) çifti için; m değeri arttıkça yükselen, farklı enerji düzeyleri söz konusu hale gelir Buna bir enerji düzeyinin ayrışması ('splitting') denir "Manyetik alan nereden çıktı?" diyecek olursanız; elektronların yörünge hareketi akım anlamına geldiğinden, dış elektronlar açısından; iç elektronların yol açtığı böyle bir manyetik alan, şiddeti zayıf da olsa, elekron sayısı birden büyük ve tek olan hemen her atomda vardır

Son olarak bir de, karbon atomuna bakalım Nötür bir boron atomunun çekirdeğine bir proton daha ekleyip, Z=6'ya çıktık diyelim Elimizde bir C+iyonu var ve nötür karbon atomunu elde etmek için, 1s22s22p1 yörünge şemasına bir elektron daha eklemek durumundayız En dıştaki 2p grubunda 3 yörünge var ve bunlardan birinde halen bir elektron bulunuyor Yeni gelen elektron, bu elektronla aynı yörüngeyi paylaşabilir Ancak Pauli'nin dışlama ilkesine göre, spinlerin zıt yönlerde olması gerekir


Halbuki bu durumda iki elektron, iç elektronların oluşturduğu manyetik alan içerisinde, zıt yönlerde duran iki mıknatıs gibi olacaktır Gerçi mıknatıslar; kendilerininkinden daha güçlü bir dış manyetik alanın yokluğunda, zıt yönlerde konumlanarak, toplam potansiyel enerjilerini azaltmak eğilimindedirler Ancak böyle bir dış manyetik alan varsa eğer, toplam potansiyel enerjinin azaltılması açısından, mıknatısların birbirlerine göre yönelişleri öneminden kaybedip, ikinci plana düşer ve mıknatısların her ikisi de, dış manyetik alanın tersi yönde, yani birbirlerine paralel şekilde konumlanmayı tercih ederler Dolayısıyla, yeni gelen elektron; 2p1 elektronuyla aynı yörüngeyi paylaşmak uğruna spinini zıt yönlendirmek yerine; bir diğer 2p yörüngesine yerleşerek, spinlerin paralel kalmasını sağlar

Böylelikle; negatif işaret taşıyan potansiyel enerjisini arttırıp, toplam enerjisini azaltmış olur Aynı nedenle, 1s22s22p3 yörünge şemasına sahip bulunan nitrojen atomunun 2p grubundaki üç elektronu, farklı 2p yörüngelerinde oturur Ancak sıra 1s22s22p4 şemasına sahip oksijene geldiğinde, 2p grubundaki dördüncü elektron; çok daha yüksek enerjili n=3 kabuğuna geçmektense, diğer üçünden biriyle aynı yörüngeyi paylaşmaya razı olur Spini, diğerininkine zıt yönde olmak kaydıyla


Ayrıntıymış gibi görünen bu değerlendirmeler bize, kimyada elementlerin yörünge dizilimlerinin inşasında kullanılan ve bulucusunun adıyla 'Hundt kuralı' olarak anılan güçlü bir anahtar veriyor: Herhangi bir l≥2 yörünge grubuna elektronların yerleştirilmesi sırasında; önce her yörüngeye, spinleri paralel birer elektron yerleştirilir ve grupta başka yörünge kalmayınca, ters spinli elektron eşleştirmelerine geçilir Elementlerin elektron dizilimiyle ilgili, bir kural veya kuralsızlık daha var

Enerji kuantum sayısının, n=1'den başlayarak artan değerlerine karşılık gelen yörünge kabuklarına, tarihsel kullanımdan gelen alışkanlıkla, sırasıyla K, L, M, N kabukları deniyor Hidrojen atomunda, birbirini izleyen kabuklar arasındaki enerji aralığı; iki kabuktan herhangi birinin içinde yer alan farklı alt yörünge grupları arasındaki enerji farkından daha büyük oluyor

Fakat daha önce de sözünü ettiğimiz gibi, diğer elementlere ait yörüngelerin enerji düzeyleri; bir yandan çekirdek yükünün artması, diğer yandan bu yükün bir kısmının iç elektronlar tarafından kamufle ediliyor olması nedenleriyle, hidrojendekinin aynı olamıyor

Bu durum, elektronların spin ve açısal momentum aracılığıyla etkileşime girmeleri sonucu; özellikle daha kalabalık olan yörünge gruplarında, daha da karmaşıklaşıyor O kadar ki; örneğin belli bir kabuktaki d ve f yörüngelerinin enerji düzeyleri, bir veya daha sonraki kabuğun içine kayacak kadar artabiliyor Dolayısıyla yörüngelerin, kimyada 'Hundt kuralı' olarak anılan doldurulma sırası ve barındırdıkları elektron sayıları şöyle:1 period:1s222 period:2s2 2p6 83period: 3s2 3p684 period: 4s2 3d10 4p6185 period: 5s2 4d10 5p6186 period: 6s2 4f145d10 6p6327period:7s2 5f14 6d10 7p6 32

Aşağıdaki şekilde, bu dizilişe göre ve artan atom numarasıyla sıralanmış bulunan elementler tablosu görülüyor

Bir elementin kimyasal özelliklerini hemen tümüyle, dizilişinin en dış kabuğundaki elektron sayısı belirliyor Bu sayıya, o elementin kimyasal 'değer'ini belirleyen sayı anlamında, 'değer sayısı' ('valence') deniyor Çünkü en dış kabuğu dolu olan atomlar, diğer atomlarla ilişkileri açısından daha büyük bir kararlılık sergiliyor ve diğerleri de, duruma göre; ya bu dış kabuktaki elektronlarından kurtulmak veya kabuğu tümüyle doldurmak suretiyle, benzeri bir kararlılığı kazanmak eğiliminde oluyor

Hidrojen için bu sayı 1 Nötür bir hidrojen atomu bu haliyle, kimyasal tepkimeye girme fırsatı bulduğunda; ya bu elektronunu da verip, kurtulmak veya bir elektron daha alıp, 1s kabuğunu doldurmak gibi iki seçeneğe sahip görünüyor Fakat, mevcut elektron tarafından yükü büyük oranda kamufle edilmiş bulunan çekirdek, ikinci bir elektronu yörüngede tutacak çekme kuvvetini uygulayamıyor

Dolayısıyla hidrojen, girdiği kimyasal tepkimelerde hep, elektron vererek, + yüklü iyon haline geçiyor Elektrostatik açıdan + yüklü olmayı tercih ettiğinden, 'elektropozitif' olduğu söyleniyor Hem de bunu güçlü bir şekilde yaptığından, 'güçlü bir elektropozitif element' olarak nitelendiriliyor Veya elektron tutkusunun ('affinity') zayıflığından söz ediliyor Helyum ise, tek ve en dış olan kabuğu zaten dolu olduğundan, elektron alış verişlerine, yani kimyasal tepkimelere pek yanaşmıyor Dolayısıyla, soygaz olarak biliniyor Çekirdeğinin yükü veya çekim kuvveti, hidrojeninkinden daha büyük olduğundan, yarıçapı daha küçük

Atom numarası sıralamasında bir sonra gelen Li, en dış 2s kabuğunda tek bir elektrona sahip Dolayısıyla, kimyasal tepkimelerinde aynı hidrojen gibi, 'elektropozitif' davranıyor Zaten bu yüzden, kimyasal özelliklerinin benzerliğinden dolayı, tabloda hidrojenin altına konmuş Hatta lityumun 2s elektronu, hidrojenin 1s elektronundan daha yüksek bir enerji düzeyinde Dolayısıyla lityum bu elektronunu, hidrojenden daha bile kolay verebiliyor Yani elektropozitifliği daha yüksek

Çekirdek yükünün daha büyük olmasına karşın, n=2 değerli yeni bir kabuğa geçilmiş olduğundan, yarıçapı hidrojeninkinden daha büyük Saf hali, olağan koşullarda katı Bir tepkimeye giremediği bu durumda dahi, 2s elektronuna karşı tutkusu çok zayıf ve bu 'değer elektronu' çoğu zaman, kristal yapı içerisinde serbestçe dolaşabiliyor Bu yüzdendir ki saf lityum; yüksek ısıl ve elektrik iletkenliğiyle, güçlü metal özellikleri sergiliyor
Ardından gelen berilyum, aynı derecede güçlü bir şekilde olmasa da, 2s2 elektronlarını vermeye ve metal gibi davranmaya hazır

Ancak, daha sonra gelen borondan başlayarak 2p yörüngeleri doldukça, elektron verme eğilimi giderek zayıflıyor Oksijene gelindiğinde, bu eğilim tam tersine; elektron alma eğilimine, yani 'elektronegatif' özelliğe dönüşüyor Çünkü 1s22s22p4 yörünge şemasına sahip olan oksijen artık, en dış kabuğunu 2 elektron alarak doldurmayı tercih ediyor Flor ise bu işi tek bir elektronla yapabiliyor

Dolayısıyla, çok güçlü bir elektron alıcısı, güçlü bir 'elektronegatif' element Dış kabuk nihayet dolduğunda karşımıza, kimyasal tepkimelere karşı ilgisiz bir asal gaz daha çıkıyor: Neon Bu yüzden helyumun altına konmuş zaten tabloda Bu arada n=2 kabuğu dolduruldukça, çekirdek yükündeki artışın baskınlığı nedeniyle, yarıçaplar giderek küçülüyor

Halbuki bir sonraki sodyuma, Z=11 atomuna gelindiğinde; yeni bir (n=3) kabuğuna geçilmiş oluyor ve yarıçap birden büyüyor En dış kabuğundaki tek elektronu kolayca vermeye hazır olan sodyum, bu yüksek elektropozitifliği sayesinde, tıpkı hidrojen ve lityum gibi, güçlü metal özellikler sergiliyor Bu yüzden onların altında yer alıyor Hatta, elektropozitifliği onlarınkinden daha bile yüksek Çünkü en dış 3s elektronu, diğerlerinin 1s veya 2s elektronundan daha yüksek enerji düzeyine sahip ve bu nedenle, iyonlaşması daha kolay


Sodyumdan sonraki magnezyum, gerçi sodyuma göre daha zayıf, ancak hala güçlü metal özelliği taşıyor Fakat bu özellik, aluminyumla başlayarak, daha sonraki elementlerde giderek zayıflıyor Kükürtten sonra ise sırada; elektron vermek bir yana, güçlü bir elektron alıcısı olan klor geliyor Klor tıpkı, tabloda tam üstündeki flor gibi davranıyor Ancak, elektron tutkusu onunki kadar güçlü değil Çünkü, klorun en dış kabuğunu oluşturan 3p yörüngeleri, florun dış kabuğunu oluşturan 2p yörüngelerinden daha yüksek bir enerji düzeyine sahip

Dolayısıyla enerji ölçeğinde klor, 3p yörüngelerini doldurmak için aldığı elektronu, florun 2p yörüngelerine aldığı elektron kadar derinlere indiremiyor Sonuç olarak da bu ek elektronu kendisine, florun yaptığı kadar güçlü bir şekilde bağlayamıyor Yani, flora göre daha zayıf elektronegatif özellik taşıyor

Potasyuma geçildiğinde, tıpkı üstündeki sodyum gibi, elektropozitif bir elementle karşılaşılıyor Hatta yeni bir enerji kabuğuna geçilmiş olduğundan; sodyuma göre yarıçap büyürken, elektron verme kolaylığı da artmış oluyor Yani potasyum sodyuma göre, daha bile elektropozitif

Elementler tablosu, benzer kimyasal özellikler sergileyen elemenlerin alt alta konmasıyla elde edilmiş Bu yüzden; tablodaki dikey dizilere, yani sütunlara, kimyasal açıdan benzer elementler grubu anlamında, 'grup' deniyor Yatay dizilere de 'periyot'

Birinci periyotta, 1s yörüngesinden oluşan ilk kabuk dolduruluyor ve sadece iki element var İkinci ve üçüncü periyotlarda, sırasıyla; 2s2 2p6 ve 3s2 3p6 yörüngeleri de dolduruluyor Bu periyotlarda 8'er element var Dördüncü ve beşinci periyotlarda, sırasıyla; 4s2 3d10 4p6 ve 5s2 4d10 5p6 yörüngelerinin doldurulması gerekiyor Dolayısıyla bu satırlarda, 18'er element var 3d ve 4d yörüngelerine karşılık gelenlere, metallerle metal olmayanlar arasında yer aldıklarından dolayı, 'geçiş elementleri' de deniyor

Altıncı periyotta; 6s2 4f14 5d10 6p6 yörüngeleri doldurulduğundan, bu satırda 32 elementin bulunması gerekiyor Ancak bu durumda tablo, enlemesine fazla uzayacağından; 4f yörüngelerinin doldurulmasına karşılık gelen 14 elementlik dizi, tabloda araya sokulmak yerine, aşağıya alınmış Lantan'la başlayan bu alt diziye, 'lantanidler serisi' deniyor

Yedinci periyotta ise; 7s2 5f14 6d10 7p6 yörüngeleri doldurulduğundan, bu satırda da keza, 32 elementin bulunması gerekiyor Ancak, yine tablo enini kısa tutabilmek amacıyla; 5f yörüngelerinin doldurulmasına karşılık gelen 14 elementlik dizi, benzer şekilde; araya sokulmak yerine, aşağıya alınıp, lantanidler serisinin altına yerleştirilmiş Aktinyum'la başlayan bu alt diziye, 'aktinidler serisi' deniyor Lantanid ve aktinid serileri birlikte, 'nadir toprak elementleri' olarak da biliniyor

Kısacası; herhangi bir periyotta, yani satırda, soldan sağa doğru ilerledikçe; elementlerin elektropozitifliği veya metal özellikleri giderek zayıflarken, atom yarıçapları küçülüyor Dikey dizilerden oluşan gruplara, soldan sağa doğru sırasıyla bakıldığında; birinci gruba 'alkali metaller' deniyor

Biraz zayıflayarak da olsa, benzeri metal özellikler taşıyan ikinci grup, 'alkali toprak elementleri' olarak biliniyor 3'ten 8'e kadarki gruplar, metallerle metal olmayan elementler arasında, 'geçiş elementleri' olarak nitelendiriliyor En sağdaki gruba 'asal gazlar,' bir öncekine de 'halojenler' deniyor Herhangi bir grupta, aşağıya doğru inildikçe, atom yarıçapları büyüyor Grubun sergilediği ortak kimyasal özelliğin gücü ise, yine aşağıya doğru inildikçe; soldaki gruplarda artarken, sağdaki gruplarda azalıyor

Periyodik tablo, etrafımızı çevreleyen elementlerin kimyasal davranışlarına anlam verebilmek açısından, güçlü bir araç oluşturuyor: Her eve lazım Ancak bu elementlerden bazılarının bazı çekirdekleri, hep öyle oldukları gibi kalmıyorlar Bazen de durup dururken, 'zırt vırt' bozunuyorlar