PERİYODİK SİSTEM Kimya Ders Notu
PERİYODİK SİSTEM Elementler atom numaralarının artışına göre arka arkaya sıralanırken benzer özellikte olanların alt alta getirilmesiyle oluşturulan tabloya (periyodik tablo) periyodik sistem denir. PERİYODİK SİSTEMİN TARİHÇESİ Johann Dobereiner : Elementlerin sınıflandırılması ile ilgili olarak ilk çalışmaları yapan bilim insanıdır. Birbirine benzeyen özellikleri olan elementleri üçlü gruplar halinde biraraya getirmiş ve sınıflandırmıştır. (Triadlar kuralı) Alexandre Beguyar de Chancourtois : Fiziksel özellikleri birbirine benzeyen elementleri aynı dikey sıralarda biraraya getirerek sarmal bir tablo oluşturmuştur. Ancak bu tabloda bazı bileşik ve iyonlara da yer vermiştir. John Newlands : Yaşadığı tarihte bilinen 62 elementi artan atom ağırlıklarına göre sıralamıştır. Bu sıralamayı yaptığında ilk 8 elementten sonra gelen elementlerde fiziksel ve kimyasal bazı özelliklerin tekrar ettiğini fark etmiş ve bunu müzikteki notalara benzetmiştir. (Oktav Kuralı)
Lothar Meyer: Elementlerin benzer özelliklerini göz önüne alarak sıralama yapmıştır. Dimitri Mendeleyev: Elementlerin atom ağırlıklarını göz önüne alarak sıralama yapmıştır. Henry Moseley: Günümüzde kullanılan periyodik tabloyu düzenlemiştir. Bu tablo; benzer kimyasal özellik gösteren elementlerin yani son katmanlarında eşit sayıda elektron bulunduran elementlerin aynı düşey sütuna gelecek şekilde yerleştirilmesi ile ve katman sayısı aynı olan elementlerin de aynı yatay sıraya yazılması ile oluşturulmuştur. Glenn Seaborg: Periyodik sistem ile ilgili son değişiklikleri yapmış, tablonun altına iki satır ekleyerek sisteme son şeklini vermiştir.
PERİYODİK TABLONUN ÖZELLİKLERİ Periyodik tabloda yatay sıralara periyot, düşey sıralara grup denir. Periyodik tabloda 7 tane periyot, 8 tane A ve 8 tane B grubu vardır. Ancak 8B grubu 3 tane olduğundan düşey sıralar 18 tanedir. Her periyot kendine ait olan 1A grubu ile başlayıp 8A grubu ile sona erer. A gruplarına baş grup da denir. Periyotların Özellikleri * Her periyot bir alkali metalle başlayıp, bir soygazla sonlanır. Sadece 1.peryodun ilk elementi hidrojen, (H) metal değil, ametaldir. * Aynı periyotta bulunan elementlerin enerji düzeyi sayıları (katman sayıları) aynıdır. * Bir elementin bulunduğu periyot numarası, o element atomunun en yüksek katman sayısına eşittir. * Elektronların orbitalları doldurma sırası ile periyodik çizelgede elementlerin periyotları doldurma sıraları aynıdır.
* 1. periyotta 2 tane element vardır. Bu elementler proton sayısı 1 olan hidrojen (H) ve proton sayısı 2 olan helyum (He) dur. Hidrojen ametal, helyum soygazdır. * 2. periyotta bulunan element sayısı 8 dir. * 3. periyotta bulunan element sayısı 8 dir. * 4. periyotta bulunan element sayısı 18 dir. * 5. periyotta bulunan element sayısı 18 dir. * 6. periyotta bulunan element sayısı 32 dir. * 7. periyotta bulunabilecek element sayısı 32 dir. Bu periyotta bulunan elementlerin tümü radyoaktif, çoğu da yapaydır. * 1., 2. ve 3. periyotlarda sadece A grubu 4., 5., 6. ve 7. periyotlarda hem A hem de B grubu elementleri vardır. * Lantanitler 6. periyotta, Aktinitler 7. periyotta bulunur.
Grupların Özellikleri * Aynı grupta bulunan elementlerin değerlik elektron sayıları aynıdır. (He hariç) Kimyasal özellikleri genellikle birbirine benzer. * A grupları her periyotta bulunur. B grupları ise ilk üç periyotta bulunmaz. * Bir elementin bulunduğu grup numarası o element atomunun bileşiklerinde alabileceği en yüksek (+) değerliğe eşittir. * Lantanit ve aktinitlerin tümü 3B grubundadır.
Yüklü ya da yüksüz bütün taneciklerin periyodik cetveldeki yeri, nötr haldeki elektron dağılımına göre belirlenir. Periyodik cetvelde A ve B gruplarının özel isimleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
ÖRNEK 1: Periyodik cetvelle ilgili; l. Periyodik cetvelin ilk grubu alkali metallerdir. ll. Aynı gruptaki elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir. lll. Aynı periyottaki elementlerin değerlik elektron sayıları aynıdır. yargılarından hangileri doğrudur? A) Yalnız l B)Yalnız ll C) Yalnız lll D) l ve ll E) l, ll ve lll
ÇÖZÜM 1: Periyodik cetvelin ilk grubu alkali metaller (1A) grubudur. Aynı gruptaki elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir. Değerlik elektron sayıları aynıdır. Aynı periyottaki elementlerin katman (yörünge) sayıları aynıdır. YANIT D
PERİYODİK CETVELDEKİ BAZI GRUPLARIN ÖZELLİKLERİ Alkali Metaller * 1A grubu elementleridirler (H hariç) 1A grubunun 1. periyodunda bulunan hidrojen, bir metal değil ametaldir. Ancak sadece 1 elektrona sahip olduğu için periyodik çizelgenin 1A grubunda yer alır. * Li, Na, K, Rb, Cs ve Fr elementlerinden oluşurlar. * Metal özelliği gösterirler. * s bloku elementleridir. Elektron dizilişinde son orbitali s 1 ile sonlanır. * Değerlik elektron sayıları 1 dir. * Bileşiklerinde sadece (+1) değerlik alırlar. * İyonik bileşik oluştururlar. * En aktif metallerdir. Bu nedenle bileşik oluşturma ve tepkimeye girme eğilimleri oldukça fazladır. * Küresel simetriktirler. * Doğada bileşikleri halinde bulunurlar. * Bütün bileşikleri suda iyi çözünür. * Su ile tepkimelerinden hidrojen gazı (H 2 ) açığa çıkarırlar.
Örneğin; * Asitlerle tepkimelerinden hidrojen gazı (H2) açığa çıkarırlar. Örneğin; * Elementel halde atomal yapılıdırlar. * Oksitlerinin sulu çözeltileri bazik özellik gösterir. Örneğin;
* Grupta yukarıdan aşağıya doğru inildikçe erime noktaları düşer. * Hidroksitleri kuvvetli bazdır ve bazlık kuvvetli gruplarda yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe artar. * Bulundukları periyotta atom hacmi en büyük, iyonlaşma enerjisi en küçük olan elementlerdir.
Toprak Alkali Metaller * 2. periyottan başlarlar. * 2A grubu elementleridirler. * Be, Mg, Ca, Sr, Ba ve Ra elementlerinden oluşurlar * Metal özelliği gösterirler. * Değerlik elektron sayıları 2 dir. * Bileşiklerinde sadece (+2) değerlik alırlar. * s bloku elementleridir. Elektron dağılımları s 2 orbitali ile sonlanır ve küresel simetri gösterirler.
* İyonik bileşik oluştururlar. * Aktif metallerdir. Bu nedenle doğada bileşikleri halinde bulunurlar. * Su ile tepkimelerinden hidrojen gazı (H 2 ) açığa çıkarırlar. Örneğin; * Asitlerle tepkimelerinden hidrojen gazı (H 2 ) açığa çıkarırlar. Örneğin;
* Oksitlerinin sulu çözeltileri bazik özellik gösterir. Çünkü su ile baz oluştururlar. Örneğin; * Elementel halde atomal yapılıdırlar.
Toprak Metalleri * 2. periyottan başlarlar. İlk elementi olan bor (B) yarı metal, diğerleri metaldir. * Değerlik elektron sayıları 3'tür. * Bileşiklerinde sadece (+3) değerlik alırlar. * İyonik bileşik oluştururlar (B genellikle kovalent yapıda bileşik oluşturur.) * Elektron dağılımları p1 orbitali ile sonlanır. p bloku elementleridir. * Oksitleri genellikle suda çözünmez. (Al 2 O 3 amfoterdir.) * Asitlerle tepkimelerinden hidrojen gazı (H 2 ) açığa çıkarırlar.
* Oda koşullarında flor (F) ve klor (Cl) gaz, brom (Br) sıvı, iyot (l) ise katı haldedir. Halojenler * 2. Periyottan başlar. * 7A grubu elementleridir. * Fl, Cl, Br, I ve At elementlerinden oluşurlar. * Ametal özelliği gösterirler. * Değerlik elektron sayıları 7 dir. * Bileşiklerinde (-1) ile (+7) arasında değişen değerlikler alabilirler. Flor (Fl) elementi ise sadece (-1) değerlik alır. Hem iyonik hem de kovalent bağlı bileşik oluştururlar. Elektron dizilişinde son orbitali p 5 ile sonlanır. * p bloku elementleridir. Aktiflikleri F > Cl > Br > l şeklindedir. En aktif ametallerdir.
* Oda koşullarında iki atomlu (diatomik) moleküller halinde (F 2, Cl 2, Br 2,...) veya bileşikleri halinde bulunurlar. * Hidrojenli bileşikleri asit özelliği gösterir. (HCl, HBr...) * Asitlik özelliği grupta yukarıdan aşağıya inildikçe artar. * Grupta yukarıdan aşağıya doğru inildikçe erime ve kaynama noktaları yükselir. * Aynı periyodun elektron ilgisi ve elektronegatifliği en fazla olan grubudur.
Soygazlar * 8A grubu elementleridirler. * He, Ne, Ar, Kr Xe ve Rn elementlerinden oluşurlar. * Helyum (He) hariç değerlik elektron sayıları 8 dir. * Helyumun değerlik elektron sayısı ise 2 dir. * Elektron dizilişinden son orbitalleri He için 1s 2, diğerleri için p 6 dır. * Kararlı yapıdadırlar. * Kimyasal tepkimelere karşı isteksizdirler. Bu nedenle bileşik oluşturmazlar. Ancak son yıllarda özel koşullarda ksenonun florlu ve oksijenli bileşikleri oluşturulmuştur. Fakat doğada hiç bileşikleri yoktur. * Oda koşullarında tek atomlu (monoatomik) gaz halinde bulunurlar.
* Erime ve kaynama sıcakiıkları çok düşüktür. * Grup içinde yukarıdan aşağıya doğru artar. * Aynı periyodun iyonlaşma enerjisi en fazla olan grubudur.
Geçiş elementleri * B grubu elementleridirler. (Cu, Fe, Ni, Zn, Ag...) * Hepsi metaldir. * Bileşik oluştururken elektron vererek pozitif yüke sahip iyonlar oluştururlar. * Periyodik cetvelde 4, 5, 6 ve 7. periyotlarda, orta bölmede s ve p blokları arasında bulunurlar. * Elektron dizilişinde son orbitalleri d ile sonlanır. d bloğu elementleridir. * Elementel halde atomal yapılıdırlar. * A grubu metallerinden farklı olarak geçiş metalleri bileşiklerinde birden fazla (+) değerlik alabilirler. Örneğin; Fe elementi hem (+2), hem de (+3) değerlik alabilir.
Geçiş metallerinin çoğunda d orbitalleri kısmen doludur. d orbitallerinin kısmen dolu olması orbitaller arası elektron geçişlerini kolaylaştırarak bu metallere ve bu metallerden oluşan bileşiklerin bazılarına geçici manyetik özellik kazandırır. Ayrıca geçiş elementi bileşiklerinin katı halde ve çözeltilerinde renkli olmasını sağlar.
Aşağıdaki tabloda bazı geçiş elementlerinin sembolleri ve bileşiklerinde alabilecekieri yükler verilmiştir.
ÖRNEK 2:
ÇÖZÜM 2:
ÖRNEK 3: Aşağıdakilerden hangisi periyodik cetveldeki grupların özelliklerinden değildir? A) 7A grubundaki elementler oda koşullarında diatomik moleküller halindedir. B) 2A grubundaki tüm elementler metaldir. C) 6A grubundaki elementlerin oksitlerinin sulu çözeltileri bazik karakterdedir. D) 2A grubundaki elementler sadece iyonik bileşik oluşturur. E) 1A grubu metalleri aktittir.
ÇÖZÜM 3: 7A grubundaki elementler halojenlerdir ve oda koşullarında diatomik (iki atomlu) moleküller halinde (F 2, Cl 2...) bulunurlar. 2A grubu toprak alkali metaller grubudur. Bu gruptaki elementlerin hepsi metaldir ve sadece iyonik bağlı bileşik oluştururlar. 6A grubundaki elementler ametaldir ve oksitlerinin sulu çözeltisi bazik değil asidik özellik gösterir. 1A grubu elementleri (alkali metaller) en aktif metallerin bulunduğu gruptur. YANIT C
PERiYODiK TABLODA YER BULMA Bir elementin periyodik cetveldeki yeri, elementin proton say sına göre belirlenir. Nötr atomlarda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan; 1. Nötr atomun elektron dağılımı yapılır. 2. En yüksek temel enerji düzeyini gösteren baş kuantum sayısı, o elementin bulunduğu periyodu belirtir. 3. En yüksek enerji düzeyindeki toplam elektron sayısı o elementin grubunu belirtir. 4. Elektron dizilimindeki son orbital türü, elementin bulunduğu bloku belirler. Elektron dizilimi s ile bitenler s blokta, p ile bitenler p blokta, d ile bitenler d blokta yer alır. Lantanit ve aktinitler bu kurala uymaz. s ve p blok elementleri A gruplarını, d ve f blok elementleri de B gruplarını oluşturur.
5. B gruplarının grup numaralarını bulurken s ve d orbitallerindeki elektronların toplamı dikkate alınır. 6. Bu elektronların toplamı 8'den küçükse toplam sayı grup numarasına eşittir. Toplam elektron sayısı 8, 9, 10 ise element VlllB grubundadır. 7. Toplam elektron sayısı 11 ise element IB,,12 ise llb grubundadır. 8. Elementlerin periyodik cetveldeki yeri katman elektron dağılımından da bulunabilir. 9. Bu yöntemde katman sayısı periyot numarasını son katmandaki elektron sayısı da grup numarasını verir. 10. Ancak atom numarası 20 den büyük olan elementlerde B grubu elementleri de bulunacağından bu yöntemin atom numarası 20'den büyüklere uygulanması tercih edilmez. Örneğin;
Gruplar ikişekilde adlandırılır. Birincisi harf (A, B) ve rakam ile adlandırma, diğeri ise lupac'ın önerdiği yalnızca rakamlardan (1-18) oluşan adlandırmadır. Örneğin, periyodik sistemde 6A grubunda bulunan oksijen, 1'den 18'e kadar olan numaralandırma sisteminde 16. grupta bulunur. Örneğin;
ÖRNEK 4: Atom numarası 25 olan Mangan (Mn) atomunun periyodik çizelgedeki yeri aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir? A) 3. periyot 5A B) 4. periyot 5A C) 4. periyot 3B D) 4. periyot 5B E) 4. periyot 7B
ÇÖZÜM 4:
ÖRNEK 5:
ÇÖZÜM 5:
PERİYODİK ÖZELLİKLERİN DEĞİŞİMİ Aşağıda, belirtilen oklar yönünde periyodik tabloda değişen özellikler sıralanmıştır.
Şimdi periyodik özelliklerdeki bu değişmeleri ayrı ayrı inceleyelim. Atom Numarası Periyodik cetvel, elementlerin artan atom numaralarına göre düzenlenmiştir. Aynı,periyotta soldan sağa, aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru elementlerin atom numaraları artar. * Genellikle elementlerin atom numaraları arttıkça, kütle numaraları da artar.
ÖRNEK 6:
ÇÖZÜM 6:
Metalik Aktiflik Bir atomun kimyasal tepkimelerde elektron verme eğilimidir. * Periyodik cetvelde metalik aktiflik, aynı periyotta sağdan sola, aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru artar. * Metalik aktif ik arttıkça, metal oksitlerinin bazik karakteri de artar. Ametalik Aktiflik Bir atomun kimyasal tepkimelerde elektron alma eğilimidir. * Periyodik cetvelde ametalik aktiflik, aynı periyotta soldan sağa, aynı grupta ise aşağıdan yukarıya doğru artar. * Ametalik aktiflik arttıkça, ametal oksitlerinin asidik karakteri de artar.
UYARI: * Son katmanlarında 1, 2, 3 elektron bulunduran atomlar metaldir (Hidrojen ve Helyum hariç.). * Son katmanlarında 5, 6, 7 elektron bulunduran atomlar ametaldir. * Aktifliği fazla olan metal ile aktifliği fazla olan ametalin oluşturduğu bileşiğin iyonik karakteri daha fazla olur.
Elektron İlgisi Gaz haldeki nötr bir atomun 1 elektron alarak (-1) yüklü anyon o uştururken açığa çıkardığı enerjiye elektron iigisi (E.İ) denir. * Elektron ilgisi, atomun elektron alma eğiliminin bir ölçüsüdür. Periyodik cetvelde elektron ilgisi, aynı periyotta soldan sağa, aynı grupta ise aşağıdan yukarıya doğru genellikle artar.
Elektronegatiflik Bir moleküldeki atomların bağ elektronlarını çekme gücüne elektronegatiflik denir. * Periyodik cetvelde elektronegatiflik, aynı periyotta soldan sağa, aynı grupta ise aşağıdan yukarıya doğru artar. UYARI: 8A grubunda bulunan elementlerin elektronegatifliği ve elektron ilgisi yoktur.
Atom Yarıçapı En dış enerji düzeyinde bulunan elektronun atom çekirdeğine olan uzaklığına atom yarıçapı denir. Atom yarıçapı arttıkça atom hacmi de artar. Atom yarıçapı atom hacminin bir ölçüsüdür. a) Kovalent Yarıçap Tek bir kovalent bağla, bağlanmış eşdeğer iki atomun çekirdekleri arasındaki uzaklığın yarısıdır. b) İyon Yarıçapı İyonik bağla bağlanmış iyonların çekirdekleri arasındaki uzaklık ölçülür. İyonlar eşdeğer büyüklükie olmadığından aralarındaki uzaklık katyon ve anyon arasında uygun olarak bölüştürülür. Bir atom elektron alarak (-) yüklü iyonuna (X -n ) dönüştüğünde elektron sayısı artar ve tanecik çapı büyür (X -n > X), hacmi artar. Bir atom elektron vererek (+) yüklü iyonuna (X +n ) dönüştüğünde, elektron sayısı azalır ve tanecik çapı küçülür (X > X +n ), hacmi küçülür. * Elektron sayıları aynı, proton sayıları larklı olan taneciklerden; proton sayısı büyük olanın çapı küçük, proton sayısı küçük olanın çapı büyüktür.
c) Metal Yarıçapı Kristal hallerdeki katı metalde yan yana bulunan iki atomun çekirdekleriarasındaki uzaklığın yarısı olarak belirlenir. d) Van der Waals Yarıçapı Soygazlar yüksek hasınç ve düşük sıcaklıkta katı hale gelirler. Bunları katı halde bir arada tutan kuvvetler Van der Waals kuwetleridir. Soygazlar için katı halde hesaplanan yarıçapa Van der Waals yarıçapı denir. Genel olarak; * Aynı periyotta soldan sağa doğru gidildikçe atom numarası ve elektron sayısı aıtar, ancak enerji düzeyi değişmez. Bu durumda elektron başına düşen çekim kuweti artar, atom çapı küçülür. * Aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru atom numarası, elekiron sayısı ve enerji düzeyi sayısı artar. Bu durumda elektron başına düşen çekim kuvveti azalır, atom çapı büyür. * Atom çapı arttıkça elektron verme kolaylaşır. Atomdan elektron koparmak için gereken enerji (iyonlaşma enerjisi) azalır.
ÖRNEK 7:
ÇÖZÜM 7:
ÖRNEK 8:
ÇÖZÜM 8: * Aynı periyotta sağdan sola doğru gidildikçe atom numarası ve elektron sayısı azalırken, enerji düzeyi değişmez. Bu durumda elektron başına düşen çekim kuvveti azalır, atom çapı büyür. Aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru atom numarası, elektron sayısı ve enerji düzeyi sayısı artar. Bu durumda elektron başına düşen çekim kuvveti azalır, atom çapı büyür. * Ametalik aktiflik aynı periyotta sağdan sola doğru, aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru azalır. Atom numarası aynı periyotta sağdan sola doğru azalır, aynı grupta ise yukarıdan aşağıya doğru artar. YANIT A
İyonlaşma Enerjisi Gaz haldeki nötr bir atomdan bir elektron koparmak için verilmesi gereken enerjiye birinci iyonlaşma enerjisi denir. (İ.E1) ile gösterilir.
* Elektron sayısı azaldıkça; bir tanecikten elektron koparmak zorlaşacağından, bir sonraki iyonlaşma enerjisi her zaman bir öncekinden büyük olur. İ.E 3 > İ.E 2 > İ.E 1 * Atomun çapı arttıkça elektron vermesi kolaylaşır, iyonlaşma enerjisi azalır. Atom çapı ile iyonlaşma enerjisi ters orantılıdır. Ancak aynı periyotta küresel simetriden dolayı bazı değişmeler vardır. * Aynı grupta yukarıdan aşağlya doğru atom çapı artaç iyonlaşma enerjisi azalır. * Aynı periyotta soldan sağa doğru gidildikçe atom çapı azalır, iyonlaşma enerjisi genellikle artar. Ancak aynı periyotta bulunan 2A ve 5A grupları, küresel simetri özelliğinden dolayı kendilerinden bir sonra gelen 3A ve 6A gruplarından daha büyük iyonlaşma enerjisi isterler. * İyonlaşma enerjileri avnı periyotta soldan sağa doğru; 1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A şeklinde artar.
Aynı periyotta bulunan elementlerin atom numaraları ile birinci iyonlaşma enerjileri arasındaki iiişki yukarıdaki gibidir. * A gruplarında bulunan bir element için birden fazla iyonlaşma enerjisi değeri verildiğinde, hangi iyonlaşma enerjisi değerleri arasında büyük bir artış olmuşsa, bu artışa kadar olan iyonlaşma enerjilerinin sayısı, elementin grup numarasını belirler.
Örneğin;
ÖRNEK 9:
ÇÖZÜM 9: Birinci iyonlaşma enerjisi İ.E 1 ile ikinci iyonlaşma enerjisi İ.E, arasında büyük bir artış olduğu görülür. Bu büyük artış 1. aralıkta olduğundan, X elementinin değerlik elektronu sayısı 1'dir ve 1A grubundadır. YANIT B
ÖRNEK 10:
ÇÖZÜM 10:
Siteye gitmek için http://www.konuanla.com/