PER YOD K S STEM. Elementler artan atom kütlelerine göre s raland klar nda baz özellikler periyodik olarak tekrarlanmaktad r.

Transkript

1 PER YOD K S STEM Atomlar n elektron yap s n n bilinmesi sayesinde bir atomun hangi halde bulundu u tespit edilebildi i gibi, atomun fiziksel ve kimyasal özellikleri hakk nda da birçok bilgiye ula labilmektedir. Elementlerin düzenli bir ekilde s ralanmas çal malar çok eskilere dayanmaktad r y l nda Mendeleev ve Meyer, birbirinden ba ms z olarak u periyodik yasay önermi lerdir. Elementler artan atom kütlelerine göre s raland klar nda baz özellikler periyodik olarak tekrarlanmaktad r. Mendeleev in çal malar Meyer inkilere oranla daha çok tercih edilmi tir. Mendeleeev çizelgesinde ke fedilmemi elementlerin yerlerini bo b rakm ve baz atom a rl klar n n de erlerinin hatal oldu unu söyleyerek atom a rl lar nda düzeltmeler yapm t r. Asl nda hata atom a rl klar nda de il elementlerin periyodik özelliklerinin de i iminin atom a rl klar na ba l oldu u eklindeki fikirdeydi. Mendeleev'in periyodik s n fland rmas, o zaman için gerçe e daha uygun oldu undan uzun süre de erini kaybetmeden kullan lm t r. Periyodik sistem tablosunun düzenlenmesinde temel özellik olarak atom a rl klar n n al nmas n n yanl oldu u, 1945 de Mozeley in X nlar yard m yla atom çekirde inin yap s n ayd nlatmas sonucu anla lm t r. Moseley, atom çekirde indeki proton say lar n tespit etmi ve s ralaman n bu say lara göre yani atom numaralar na göre yap lmas gerekti ini ortaya koymu tur. Böylece Argon un, atom a rl n n (39,95), Potasyum unkinden (39,10) daha a r olmas na ra men s rada daha önce gelmesinin nedeni anla lm t r. Sonuç olarak kesinlikle anla lm t r ki; elementlerin kimyasal özellikleri atom numaralar na ba l olarak de i mektedir. Elementlerin bu ekilde atom numaralar na göre s ralanmas sonucu olu an tabloya Periyodik Sistem Tablosu denilmektedir. Periyodik Sistem tablosu, elementlerin atom kütleleri ile beraber ekil 1 de verilmi tir. Günümüzde modern Periyodik Sistem Tablosu, elementleri artan atom numaralar na göre s ralar ve bu s ralamada benzer fiziksel ve kimyasal özellikleri olan elementler alt alta dizilmi olur. Tabloda elementlerin artan atom numaralar na göre dizilmi yatay s ralar na periyot ve en son elektronlar ayn orbitallerde bulunan elementlerin alt alta gelerek dizilmi dü ey s ralar na grup denir. Elementler tablo üzerinde A ve B grubu elementler olarak ikiye ayr l rlar. A grubu elementlere ba grup elementler veya temsili elementler; B grubu elementlere ise geçi elementleri ad verilir. Geçi elementleri periyodik tabloda IIA ve IIIA grubu elementleri aras nda yer al r.

2 ekil 1. Periyodik Sistem Tablosu IA ve IIA grubu elementlerinin son elektronlar hep s alt tabakalar na (orbitallerine) yerle erek s orbital blo unu meydana getirmi lerdir. IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA ve VIIIA grubu elementlerinin son elektronlar p orbitallerine yerle tikleri için p blo u elementlerini olu turmaktad rlar. Geçi elementlerinde ise son elektronlar s ras yla d ve f orbitallerine yerle mi lerdir. Bunlar da d ve f blo unu olu tururlar. Bunlar ekil 2 de verilmi tir. ekil 2. Orbital Bloklar

3 Elementler ayr ca metaller ve ametaller ile yar metaller olmak üzere de s n fland r lm lard r. Birinci ve ikinci ba grup elementleri alkali metaller, yedinci ba grup elementleri halojenler, son ba grup elementleri de soygazlar olarak adland r l rlar. Elementlerin sembolleri, IUPAC (Uluslararas Temel ve Uygulamal Kimya Birli i) taraf ndan belirlenmektedir. Semboller belirlenirken; elementi ke feden ki inin ad, elementin ke fedildi i ülke ya da ehir veya elementin özelli i temel al nmaktad r. Periyodik sistem Kimya y kolayla t ran en önemli araçlardan biridir. Bu tabloda elementler artan atom numaralar na göre s ralanm t r. Bu s ralama benzer özellikteki elementleri ayn grup alt nda toplayacak ekildedir. Periyodik sistem temel olarak, de erlik, bile ik formülleri gibi kimyasal özellikler ve yo unluk, erime, kaynama s cakl klar gibi fiziksel özellikler temel al narak haz rlanm t r. Bir atomun kimyasal özellikleri için atom numaras çok önemlidir. Atom numaras proton ve elektron say s n verdi i için bir elementin hangi grupta ve periyotta oldu unu atom numaras n kullanarak bulabiliriz. Yeri belirlenecek elementin elektron da l m yap l r. De erlik elektron say s bu elementin grubunu, en yüksek enerji düzeyi de periyodunu gösterir. Son orbital s ya da p ile bitiyorsa A, d ile bitiyorsa B grubu elementidir. Örnek: Atom numaras 15 olan elementin periyodik cetveldeki yeri neresidir? 15X= 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3. periyot / 2+3=5 5A Grubu IA Grubu Elementleri (Alkali Metaller) Bu elementler, her periyotta en dü ük iyonla ma enerjisine sahip olan elementlerdir. Bu elementlerin (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) hidroksitleri kuvvetli bazlar (alkali) oldu u için, bunlara genellikle alkali metaller ad verilir. Bunlar en d tabaklar nda bulunan ve atoma zay f olarak ba l bulunan bir tek elektronlar n kolayca kaybederek pozitif iyon (+) haline geçerler. Verdikleri iyonlarla elektron sistemleri kendilerinden bir önceki soygaz elektron sistemine benzer. Li : 1s 2 / 2s 1 Li + (He) : 1s 2 Na : 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 1 Na + (Ne) : 1s 2 / 2s 2 2p 6 Grupta yukar dan a a ya inildikçe atom çap büyür ve son tabakadaki elektronun çekirde e ba lanma kuvveti azal r. Bu nedenle a a ya do ru inildikçe iyonla ma enerjisi dü er.

4 Erime ve kaynama noktalar di er metallerden dü üktür. Grupta yukar dan a a ya do ru erime ve kaynama noktalar dü er. Özkütleleri dü ük olan elementlerdir. Tepkime verme yatk nl klar çok fazlad r. Do ada daha çok bile ikleri halinde bulunurlar. Alkali metaller,havan n oksijeni ile etkile erek oksit olu tururlar. 2 M(k) +1/2 O 2 ( g) M 2 O(k) Halojenlerle birle erek tuzlar olu tururlar. 2 M(k) + X 2 2 MX(k) Su ile h zl tepkimeye girerler ve hidrojen gaz (H 2 ) olu tururlar. 2 M(k) + 2 H 2 O(s) 2 MOH (suda) + H 2 (g) IIA Grubu Elementleri (Toprak Alkali Metaller) Bu elementlerin (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) hidroksitleri de nispeten kuvvetli bazd r. yonla ma enerjileri alkali metallerden daha yüksektir. Aktiflikleri ise yukar dan a a ya do ru inildikçe artar. Bile iklerinde +2 de erliklidirler. Is ve elektrik ak m n iyi iletirler. Alkali metallerden daha sert erime ve kaynama noktalar daha yüksektir. Özkütleleri de alkali metallerden daha büyüktür. Oksijenle birle erek oksitleri olu tururlar. M (k) + ½ O 2 (g) MO(k) Halojenlerle birle erek tuzlar olu tururlar. M (k) + Cl 2 (g) MCl 2 (k) Su ile tepkimeye girerek hidrojen gaz ( H 2 ) olu tururlar. M (k) + 2 H 2 O (s) M(OH) 2 (suda) + H 2 (g) yonlar n n elektron sistemi alkali metallerde oldu u gibi soygaz n ayn s d r.

5 Be : 1s 2 / 2s 2 Be +2 (He) : 1s 2 Mg : 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 2 Mg +2 (Ne) : 1s 2 / 2s 2 2p 6 IIIA Grubu Elementleri Bu grup elementlerinden B ametal, Al, Ga, In ve Tl elementleri metaldir. Metallerin oksitleri toprakta bulundu u için bunlara toprak metalleri ad verilmektedir. Bu elementlerin en d enerji seviyelerinde üç elektron bulundu u için de erlilik elektron say s +3 dür. Ancal Talyum un (Tl) bir de erli bile ikleri de olup bunlar kararl d rlar. Bor (B) bu grubun en elektronegetif elementi olup di erlerince gösterilmeyen pek çok özelliklere sahiptir. Bu element basit iyon te kil etmeyip bile ikleri kovalenttir. Alüminyum un (Al) iyonik ve kovalent bile ikleri vard r. Yukar dan a a ya do ru inildikçe iyonik bile ik te kil etme e ilimi artmaktad r. Bu grup elementlerinin hidroksitlerinde yukar dan a a ya do ru bazik karakter artmaktad r. dir. IVA Grubu Elementleri Bu grubu olu turan elementlerin (C, Si, Ge, Sn, Pb) son enerji seviyelerinde dört elektron bulunmaktad r. Bu grubtan itibaren elementlerin elektron vererek soygaz sistemine benzemeleri ve kararl duruma geçmeleri güçle ir. Bunun yerine yeterli say da elektron alarak kendilerinden sonra gelen soygaz sistemine ula malar daha kolayd r. Bu ekilde negatif (-) iyon yapabilen veya negatif (-) de erlik kazanabilen elementlere ametal denilmektedir. Grupta yukar dan a a ya inildikçe metalik karakter artmaktad r. Si ve Ge bir yar metal (ametal-metal) özelli i gösterir. Sn ve Pb tamamen metalik karakterdedir ve bile iklerinde pozitif (+) de erlik kazan r. VA Grubu Elementleri Bu grupta yer alan (N, P, As, Sb, Bi) elementlerin son enerji seviyelerinde bulunan elektronlar be tir. Bu be elektronun tamam n vererek maksimum (+5) de erlilik alabilcekleri gibi ba ka element atolar ndan üç elektron alarak (-3) de erlilik de kazanabilirler. Grupta a a ya do ru inildikçe (-3) de erlilik alma e ilimi azal r.

6 Yukar dan a a ya inildikçe ametalik özellikten metalik özelli e do ru bir geçi gözlenir. Dolay s yla pozitif de erlik alma e ilimi de artar. VIA Grubu Elementleri Bu grubun (O, S, Se, Te, Po) en önemli elementi ve tabiatta en fazla bulunan elementi oksijen olup, normal artlarda iki atomlu gaz halinde bulunur. Kükürt, Selenyum, Tellür ve Polonyum yap lar biraz kar k olan kat lard r. yonla ma enerjileri büyük oldu u için kuvvetli ametalik özellik gösterirler. Grupta yukar dan a a ya do ru inildikçe elektronlar tutan kuvvet buna ba l olarak iyonla ma enerjisi azald ndan ametalik karakter daha az ortaya ç kar. Kuvvetli elektronegatif atomlara ba land klar nda pozitif de erlilik de alabilirler. Oksijenin tek pozitif de erli bile i i OF 2 dir. Kükürtten itibaren grubun bütün elementleri oksijen ile bile ik verirler. VIA Grubu Elementleri Bu grub elementleri (F, Cl, Br, I, At) halojenler olarak adland r l rlar. Element halinde 2 atomlu moleküllerden olu urlar. (F 2,Cl 2, Br 2, I 2, At 2 ) Bu grup elementlerinden Flor, Klor, Brom ve yot elementleri reaksiyon gücü fazla ve tabiatta daima bile ik halinde bulunan en kuvvetli ametallerdir. Son enerji düzeylerinde yedi elektron bulundu u için elektron alma istekleri yüksek olup bir elektron alarak kolayca soygaz düzenine geçebilirler. yonla ma enerjisi çok büyük olan Flor un daima elektron alarak (-1) de erli iyon olu turmas na kar l k, di er elementler elektron vererek de bile ik olu turabilirler. Yükseltgenme özellikleri yukar dan a a ya do ru azalmaktad r. Her bir halojen ayr bir molekül olarak kat, s v ve gaz halinde bulunabilir. Oda ko ullar nda F ve Cl gaz, Br s v, I ise kat haldedir. Erime ve kaynama noktalar yukar dan a a ya do ru inildikçe artar. Tümü renklidir. Ayr ca zehirli ve tehlikelidir. At (astatin) do ada bulunmayan,ancak radyoaktif olaylarla olu an bir elementdir.

7 VIIIA Grubu Elementleri (Soygazlar) Periyodik cetvelin 8A grubu (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) elementleridir. Grupta He d ndaki tüm elementler kararl elementler olup d kabuklar nda 8 elektrona sahiptirler. Yani en yüksek enerji seviyelerinin s ve p orbitalleri dolmu durumdad r. Erime ve kaynama noktalar çok dü üktür. Grupta yukar dan a a ya gidildikçe erime ve kaynama noktalar yükselir. Tümü tek atomlu renksiz gaz halindedir. Yaln z Rn (Radon) radyoaktif olup çekirde i dayanaks zd r. Do ada çok az bulunurlar. yonla ma enerjileri, en yüksek olan elementlerdir. Bu grup elementleri aralar nda kovalent ba kuramayacak kadar kimyasal ilgisizlerdir. Bu yüzden bu elementler monoatomik moleküller halinde bulunurlar. GEÇ ELEMENTLER B Grubu elementleri olarak bilinen bu elementlerin de erlilik elekronlar d orbitalinde bulunurlar ve bu elementler 2A ve 3A grubu aras nda bulunur. Periyodik cetvelin 21 atom numaral skandiyum ile ba lay p 30 atom numaral çinko ile biten s radaki elementler ile bunlar n alt nda kalan tüm elementler, geçi elementleri grubuna girer. Bu elementler kararl bir yap dan di erine geçi i sa lamaktad r. Bu nedenle geçi elementleri olarak adland r lmaktad rlar. Periyodik çizelgenin dördüncü s ras nda soldan sa a do ru gidildikçe geçi elementlerinin tipik özelliklerindeki de i me A grubu elementlerindeki gibi belirgin de ildir. Bu durum geçi elementlerinin de erlik elektronlar n n s veya p orbitali yerine iç d orbitalinde olmas ndan kaynaklanmaktad r. Geçi elementlerinin genel özellikleri a a da s ralanm t r. Genel olarak sert ve yo undurlar. Erime ve kaynama noktalar yüksektir. Çe itli pozitif de erlik alabilirler. Renkli bile ikler olu tururlar. IA ve IIA grubu elementlerinden daha az indirgendirler.

8 Ç GEÇ ELEMENTLER Periyodik tablonun alt nda yer alan ayr bir bölümde belirtilen f bloku elementleridir. lk s ras nda Lantanitler ikinci s ras nda Aktanidler bulunmaktad r. Lantanidler, geçi elementlerinin bir alt serisini olu tururlar ve toprakta eser miktarda bulunmalar nedeniyle, "nadir toprak elementleri" olarak da isimlendirilirler. En önemli ortak özellikleri, elektron de i iminin yaln zca 4f orbitaline elektron kat l m yla gerçekle mesidir. Özellikle +3 de erlikli hallerinde, birbirlerine çok benzeyen özellikler gösterirler. Kuvvetli elektropozitif olmalar nedeniyle, üretilmeleri zordur. Ço unun iyon hallerinin karakteristik renkleri vard r. Aktanidlerin en önemli ortak özelli i, elektron kat l m n n 5f orbitalinde gerçekle mesidir. Bu elementler do ada çok ender bulunurlar. PER YOD K ÖZELL KLER Periyodik sistemi inceledi imizde elementlerin kimyasal özelliklerindeki benzerlik bir çok fiziksel özellikte de kendini gösterir. Bu özellikler, elektriksel iletkenlik, iyonla ma enerjisi, elektron ilgisi, elektronegatiflik ve ortalama atomik yar çapd r. Bu özelliklerin hepsi birbiri ile ba lant l d r ve elementlerin genel kimyasal davran lar ile ilgilidir. Elementlerin fiziksel ve kimyasal özellikler atomun en d enerji düzeyindeki valans elektronlar taraf ndan belirlenmektedir. Periyodik özelliklerin daha ayr nt l olarak belirlenmesi için baz özellikler a a da aç klanm t r. 1. Elektriksel letkenlik Elementler metaller, ametaller ve yar metaller olarak s n fland r lm t r. Bir atomun en d enerji düzeyindeki elektronlar yani de erlik elektronlar atoma ne kadar kuvvetli ba l ise element o oranda ametal, tersi durumda ise metal özellik gösterir. Metaller elektri i iyi iletirler ve elektriksel iletkenlikleri s cakl n artmas ile azalmaktad r.

9 Elektrik ak m n n geçmesi durumunda metalde herhangi bir de i iklik olmamaktad r. Bu nedenle elektrik ta y c lar n n metal atomlar ndaki d elektronlar oldu u ve bu elektronlar n metalin bütün kristali içinde serbestçe hareket ettikleri kabul edilmektedir. Ametaller iletken olmay p yal tkand rlar. Elektri i iletme özellikleri ya çok az ya da hiç yoktur. Yar metallerin elektriksel iletkenlikleri ise dü ük olmakla beraber ölçülebilir orandad r. Yar metallerde iletkenlik metallerin tersine s cakl k artt kça artmaktad r. 2. yonla ma Enerjisi Bir atomdan elektron uzakla t rmak için atoma enerji verilir.verilen bu enerji bir büyüklü e ula nca atomdan bir elektron kopar. Kopan bu elektron çekirdek taraf ndan en zay f kuvvetle çekilen yani atom çekirde inden en uzakta bulunan elektrondur. Bir atomdan elektron koparmak için gerekli enerjiye yonla ma Enerjisi ( Ei )denir. Bir atomdan ilk elektronu koparmak için gerekli olan enerjiye Birinci yonla ma Enerjisi (Ei 1 ) denir. X(g)+ Ei 1 X +1 (g) + e- +1 yüklü iyondan, bir elektron koparmak için gerekli enerjiye de kinci yonla ma Enerjisi (Ei 2 ) denir. X +1 (g) + Ei 2 X +2 (g) + e- +2 yüklü iyondan bir elektron ( üçüncü elektron) koparmak için gereken enerjiye de Üçüncü yonla ma Enerjisi (Ei 3 ) denir. X +2 (g)+ei 3 X +3 (g)+ e- Bir atomda kaç tane elektron bulunuyorsa, o kadar iyonla ma enerjisi vard r. Bunlardan en küçü ü birinci iyonla ma enerjisidir. Çünkü ilk kopan elektron yüksüz bir elektrondan kopmaktad r. kinci elektron +1 yüklü bir iyondan koptu u için bir elementin ikinci iyonla ma enerjisi, birinci iyonla ma enerjisinden daha büyüktür. Atom çap küçüldükçe elektron koparmak güçle mektedir. Di er bir deyi le, iyonun yükü artt kça atom çap küçülür ve iyonla ma enerjisi artar. Buna göre de; Ei 1 < Ei 2 < Ei 3 < Ei 4 <... olur. yonla ma enerjisi periyodik cetvelde soldan sa a do ru artar. Bunun nedeni çekim kuvvetinin artmas d r. Grup içerisinde elektronlar n atomdan uzakla t r lmas yukar dan a a ya do ru ildikçe daha kolay olaca ndan iyonla ma enerjisi azalmaktad r.

10 yonla ma enerjisi bireysel elektronlar için elektron volt (ev) cinsinden veya bir mol elektron için mol ba na kilojolue (kj/mol) olarak verilir. 3. Elektron lgisi (Elektron Afinitesi) yonla ma olay n n aksine, gaz halindeki bir atomun bir elektronu yakalamas ile aç a ç kan enerjiye elektron ilgisi denir. Atoma yakla an elektron atoma ait elektron bulutu taraf ndan itilirken, çekirdek taraf ndan çekilir. Bu çekme itmeden büyük olursa enerji yay nlar yani ekzotermiktir. Bu nedenle birinci elektron ilgilerinin büyük ço unlu u negatif i aretlidir. Fakat ikinci ve üçüncü elektron almalar daima d ar dan enerji isteyen (endotermik) olaylard r. Elektron ilgisi periyodik sistemde ayn periyotta soldan sa a do ru artarken ayn grupta yukar da a a ya do ru azalmaktad r. 4. Elektronegatiflik Elektronegatiflik iyonla ma enerjisi ve elektron ilgisini birle tiren bir tan m olarak kar m za ç kar. Bir atomun molekül içindeki bir kimyasal ba da elektronlar kendine çekme yetene idir. Elektronegatiflik kavram yararl fakat tam olarak do ru olmayan bir kavramd r. Elektronegatiflik de erine ili kin basit ve do rudan bir ölçüm yöntemi olmamas na kar n bunlar n tayini için çe itli yöntemler önerilmi tir. Bu özellik sadece gözönünde tutulan atomun yap s na ba l olmay p ayn zamanda ba lanm atomlar n say s na ve do as na da ba l d r. Bu nedenle bir atomun elektronegatifli i sabit de ildir. Örne in PCl 3 deki Fosfor un elektronegatifli i ile PCl 5 deki Fosfor un elektronegatifli i birbirinden farkl d r. 5. Ortalama Atomik Yar Çap Bir atomda en üst enerji seviyesindeki atomlar n atom çekirde ine olan ortalama uzakl na Ortalama Atomik Yar çap denir. Periyodik cetvelde soldan sa a do ru gittikçe atom numaras yani çekirdek yükü artt ndan en d taki elektron daha çok çekilir ve ortalama atomik yar çap küçülür. Gruplarda ise yukar dan a a ya gidildikçe temel enerji seviyesi artt ndan d taki elektronlar daha az çekilir ve ortalama atomik yar çap artar. Elektron veren atomun yar çap küçülür.

11 zotop atomlarda (proton say lar ayn olan atomlarda) kütle numaras büyük olan atomun yar çap daha küçüktür. Elektron say lar ayn olan atomlarda ise proton say s büyük olan atomun yar çap daha küçüktür. Atom yar çaplar n n belirlenmesi oldukça güçtür. Atomlar n yapm olduklar ba lar n uzunluklar ndan yararlanarak atomlar n yar çaplar hesaplanabilir. Ba uzunlu unun yar s atom yar çap olarak kabul edilir. Ancak, bunlar atom yar çaplar hakk nda kesin bir bilgi vermezken sadece kar la t rma amac yla kullan l r.