1.6. Elementlerin Periyodik Çizelgedeki Konumları ve Özellikleri Elementlerin periyodik çizelgedeki konumu ile kimyasal ve fiziksel davranışları sistematik olarak incelenebilir. Periyodik çizelgede elementler genellikle elektron dağılımları ile kimyasal özellikleri arasında bir bağıntı olacak şekilde konumlandırılmıştır. Aynı grupta bulunan elementlerin genellikle kimyasal davranışlarının, aynı dış kabuk elektron dağılımına sahip olmaları nedeniyle benzer olduğu söylenebilir. Şimdi baş grup elementlerinin, geçiş elementlerinin ve soy gazların kimyasal özelliklerini öğrenelim. Bu elementlerin periyodik çizelgedeki konumlarıyla, elektron dağılımları ve kimyasal özellikleri arasındaki bağıntıyı inceleyelim. a. s-, p- ve d- Blok Elementlerinin Özellikleri s-blok Elementleri Hidrojen ve 1A, 2A grubu elementleri s- bloğunda bulunur. Bu gruplardaki elementlerin elektron dağılımları s orbitalleri ile sonlandığı için s bloğu elementleri olarak sınıflandırılır. Hidrojen atomu dışında tüm s bloğu elementleri metaldir. Hidrojen için periyodik çizelgede uygun bir konum yoktur. Hidrojen alkali metaller gibi 1 tane s değerlik elektronuna sahiptir. Sulu çözeltide hidroliz tepkimesi vererek H + iyonu oluşturur. Tıpkı 7A grubu elementleri gibi metallerle oluşturduğu iyonik bileşiklerde tek negatif yüklü iyon hâlindedir. Bu bileşiklerde hidrür (H - ) iyonu oluşturur. Hidrojenin en önemli bileşiği sudur. Su, hidrojenin yanmasıyla oluşur. 1A grubu Bu blokta bulunan elementlerin elektron dağılımları ns 1 ile sonlanır. İlk üyeleri hidrojen bir ametaldir. İkinci periyottan itibaren en aktif metallerin bulunduğu bu grup elementleri alkali metaller olarak isimlendirilir. 1A grubunda bulunan lityum (Li), sodyum (Na), potasyum (K) atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 11 3 2 1 Li: 1s 2s 2 2 6 1 Na: 3s 19 2 2 6 2 6 1 K: 3s 3p 4s Üç atomun da elektron dağılımları s 1 orbitalleri ile sonlanmıştır. 1A grubu elementleri değerlik orbitali olan s orbitalinde birer elektron içerir. 78
Periyodik çizelgede en solda konumlanan (Şekil 1.37) bu elementlerin iyonlaşma enerjileri düşüktür. Bu nedenle en dış kabuklarında sahip oldukları bir elektronu kaybetme eğilimleri çok yüksektir. Oluşturdukları bileşiklerde +1 yüklü iyon hâlindedirler. Hidrojen ise metallerle oluşturduğu bileşiklerde -1, ametallerle oluşturduğu bileşiklerde +1 yükseltgenme basamağına sahiptir. Alkali metaller, ametallerle iyonik bileşikler oluşturur. Örnek olarak K ve CI elementleri arasındaki bileşik oluşumunu inceleyelim. 19 17 2 2 6 2 6 1 K: 3s 3p 4s 2 2 6 2 5 Cl: 3s 3p 19 K elementinin elektron dağılımı 4s 1 ile sonlanır. K atomu 4s orbitalindeki 1 elektronu vererek +1 yüklü katyon oluşturur. Cl atomu ise 3s 2 3p 5 orbitalleri ile sonlanır. K atomunun verdiği bir elektronu Cl atomu alarak iyonik bağlı KCl bileşiğini oluştururken kendisi de soy gaz elektron düzenine ulaşmış olur. Alkali metaller aktif metaller olduklarından doğada saf hâlde bulunmaz. Su ile tepkimeye girerek metal hidroksitlerini oluştururlar. Su ile gerçekleştirdikleri tepkime aşağıdaki gibidir. 1 Na + H O " NaOH + H 2 ^kh 2 ^sh ^sudah 2^gh Alkali metaller hava ile temas ettiklerinde oksijenle birleşerek metal oksitlerini oluşturur. Gerçekleştirdikleri tepkimeler aşağıdaki gibidir. 1A H Şekil 1.37: 1A grubunda bulunan alkali metaller s- bloğu elementleridir. 1 Li 3 Na 11 K 19 Rb 37 Cs 55 Fr 87 Bilgi Kutusu Alkali metaller en aktif metallerdir. Bütün bileşikleri suda iyi çözünür. Oksit bileşikleri bazik özellik gösterir. 4Li + O " 2Li O ^kh 2^gh 2 ^kh Lityum oksit 4Na + O " 2Na O ^kh 2^gh 2 ^kh Sodyum oksit 2Na k + O2 g " Na2O2 k ^ h ^ h ^ h Sodyum peroksit Oluşan oksitler katı hâlde ve kararlı iyonik bileşiklerdir. 7. periyottaki fransiyum (Fr) radyoaktiftir. Çekirdek tepkimelerinde ortaya çıkar. Doğada bulunmaz. Sodyum, sisli yolların aydınlatılmasında yararlanılan sodyum-buhar lambalarında kullanılır (Resim 1.21). Sodyum-kurşun alaşımından benzin oktanını yükseltmede yararlanılır. Potasyum, gübre ve sabun üretiminde; rubidyum ve sezyum ışığa duyarlı olduğundan fotosel olarak kullanılır. Resim 1.21: Sodyum buhar lambaları 79
Alkali metaller, fransiyum dışında yumuşak yapıda ve parlak görünümdedir. Kolaylıkla eriyebilir ve uçucu hâle gelebilirler. Alkali metallerin erime ve kaynama sıcaklıkları grup boyunca yukarıdan aşağıya doğru azalır (Grafik 1.6). 2000 Sıcaklık ( C) Erime noktası Kaynama noktası 1317 1000 892 179 0 Li Na K Rb Cs Grafik 1.6: Alkali metallerin erime ve kaynama sıcaklıkları 2A Be 4 Mg 12 Ca 20 Sr 38 Ba 56 Ra 88 Şekil 1.38: 2A grubunda bulunan toprak alkali metaller s- bloğu elementleridir. 2A grubu Bu grupta bulunan metallerin aktiflikleri alkali metallere göre daha azdır. 2. enerji düzeyinden itibaren konumlanan bu grup elementleri toprak alkali metaller olarak isimlendirilir (Şekil 1.38). Toprak alkali metallerin birinci ve ikinci iyonlaşma enerjileri grup boyunca yukarıdan aşağıya doğru azalır. Grup üyelerinin metalik karakteri ise grup boyunca yukarıdan aşağıya doğru artar. Ancak berilyumun oluşturduğu bileşiklerin çoğu ve bazı magnezyum bileşikleri iyonik karakterden çok molekül yapılıdır. Elektron dağılımları ns 2 ile sonlanır. Bileşiklerinde en dış katmanlarındaki iki elektronu vererek +2 yüklü iyon oluştururlar. 2A grubunda bulunan berilyum (Be) ve magnezyum (Mg) atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 4 12 2 2 Be: 1s 2s 2 2 6 2 Mg: 3s Her iki atomun da elektron dağılımı ns 2 orbitalleri ile sonlanmıştır. Değerlik orbitalleri olan s orbitallerinde ikişer elektron içerirler. 80
Şimdi de 2A grubunda bulunan kalsiyum (Ca) atomunun flor (F) atomu ile oluşturduğu iyonik bileşiği inceleyelim. 20 2 2 6 2 6 2 Ca: 3s 3p 4s 9 2 2 5 F: Kalsiyum atomunun elektron dağılımı 4s 2 orbitalleri ile sonlanır. 1 tane Ca atomu 4s orbitallerindeki 2 elektronu 2 tane F atomuna vererek +2 yüklü iyon hâline geçer. Ca 2+ ve F - iyonları arasında CaF 2 iyonik bileşiği oluşur. Toprak alkali metallerden berilyum, su ile tepkime vermez. Magnezyum, su buharı ile tepkime verir. Kalsiyum, stronsiyum ve baryum ise soğuk suyla bile tepkimeye girer. Gerçekleşen tepkimeler aşağıdaki gibidir. Mg + 2H O " Mg^OHh + H Ca ^kh 2 ^gh 2^sudah 2^gh + 2H O " Ca^OHh + H ^kh 2 ^sh 2^sudah 2^gh Grup üyelerinden stronsiyum-90 radyoaktif bir izotoptur. Stronsiyum ile kalsiyumun kimyasal özellikleri çok benzerdir. Yaşadığımız ortamda Sr 2+ iyonları varsa kolaylıkla kemiklerimizdeki Ca 2+ iyonları ile yer değiştirebilir. Bu durum vücudumuzun Sr 2+ iyonlarının yaydığı radyoaktif ışınıma maruz kalmasına neden olur. Zaman içerisinde kansızlık, lösemi gibi bazı hastalıklara sebep olabilir. Kalsiyum bileşikleri inşaat malzemesi olarak; stronsiyum tuzları, havai fişek ve işaret fişeklerinde kırmızı renk vermek için kullanılır (Resim 1.22). Radyum radyoaktif olduğundan radyumdan elde edilen radyoaktif ışımalar cilt hastalıklarında ve kanser tedavisinde kullanılır. p-blok Elementleri Bir kısmı metal, bir kısmı yarı metal, bir kısmı da ametal ve soy gazdır. Bazı p bloğu gruplarında yukarıdan aşağıya doğru ametalik karakterden metalik karaktere geçiş hızlı olur. Genellikle elektron vererek soy gaz kararlılığına ulaşmaları zor olduğundan pozitif yükseltgenme basamakları değişkendir. 3A Grubu 2. periyottan başlayan bu grubun ilk üyesi bor yarı metal, diğerleri metaldir (Şekil 1.39). Toprak metalleri olarak adlandırılırlar. Bor, su ve oksijen gazı ile tepkime vermez. Bor elementinin oluşturduğu iki atomlu bileşikler iyonik değil, molekül yapılıdır. Resim 1.22: Havai fişeklerde kırmızı renk vermek için stronsiyum tuzları kullanılır. Bunları Biliyor musunuz? Elementel olarak ilk kez 1825 te Oersted (Orstıd) ve 1827 de Wöhler (Volır) tarafından saf olmayan bir toz hâlinde elde edilen alüminyumun doğada tek bir izotopu vardır. Altı tane radyoaktif izotopu bilinir. Meteorlarda radyoaktif 26 Al izotopuna rastlanmıştır. Yer kabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en bol bulunan elementtir. 3A B 5 Al 13 Ga 31 In 49 Tl 81 Uut 113 Şekil 1.39: 3A grubunda bulunan toprak metalleri p-bloğu elementleridir. 81
3. periyottaki üyeleri alüminyum, hava ile kolayca etkileşerek aşağıdaki tepkimeye göre oksit bileşiği oluşturur. 4Al + 3O " 2Al O ^kh 2^gh 2 3^kh Alüminyum, bileşiklerinde sadece +3 yüklü iyonlar oluşturur. Toprak metallerinin diğerleri hem +1 hem de +3 yüklü iyonlar oluşturarak kararlı hâle geçer. Grup boyunca periyot arttıkça +1 yüklü iyonlar, +3 yüklü iyonlardan daha kararlı hâle gelir. Grubun en son üyesi talyum bileşiklerinde hem +1 hem de +3 yükseltgenme basamağına sahiptir. Bu gruptaki metalik özellik gösteren elementler, molekül yapılı bileşikler de oluşturur. Galyumun erime sıcaklığı çok düşüktür. Avucumuzda eriyebilir. Alüminyum yumuşak bir metal olup iyi bir ısı ve elektrik iletkenidir. Elektrik malzemelerinin üretiminde kullanılır. Talyum ve bileşikleri zehirli olduğundan kemirgenleri öldürmek için kullanılır. İndiyum yumuşak bir metal olup düşük sıcaklıkta eriyen lehim üretiminde kullanılır. Doğada bilinen bir minerali yoktur. Çok az rastlanan bu element genellikle çinko minerallerinde bulunmaktadır. 3A grubunda bulunan bor (B) ve alüminyum (Al) elementlerinin elektron dağılımını yazarak inceleyelim. 13 5 2 2 1 B: 2 2 6 2 1 Al: 3s 3p 4A C 6 Si 14 Ge 32 Sn 50 Pb 82 FI 114 Şekil 1.40: p- bloğu elementlerinin bir kısmı 4A grubundadır. Her iki atomun da elektron dağılımı ns 2 np 1 orbitalleri ile sonlanır. Dolayısıyla p bloğu elementleridir. Değerlik elektron sayıları 3 tür. Alüminyum üç elektron vererek AI 3+ iyonunu oluşturur. Bu iyonun elektron dağılımı 1s 2 2s 2 2p 6 olur ve neon soy gazının elektron dağılımına ulaşır. Kararlıdır. 4A Grubu Bu grup elementlerinden karbon (C) ametal, silisyum (Si) ve germanyum (Ge) yarı metal, kalay (Sn) ve kurşun (Pb) ise metaldir. Elektron dağılımları ns 2 np 2 orbitalleri ile sonlandığı için p bloğu elementleri olarak sınıflandırılır (Şekil 1.40). 4A grubunda bulunan karbon (C) ve silisyum (Si) atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 6 14 2 2 2 C: 2 2 6 2 2 Si: 3s 3p C ve Si elementlerinin elektron dağılımları ns 2 np 2 orbitalleri ile sonlandığına göre bu elementler p bloğu elementidir. Değerlik orbitalleri olan s deki ve p deki toplam elektron sayısı 4 tür. 82
C atomu metallerle iyonik, ametallerle kovalent bileşikler oluşturur. C atomu metallerle oluşturduğu bileşiklerde -4 yükseltgenme basamağına sahiptir. 11 6 2 2 2 C: 2 2 6 1 Na: 3s Na atomu son katmanındaki bir elektronu C atomuna vererek Na 4 C iyonik bileşiğini oluşturur. Bileşikte Na +1, C -4 yükseltgenme basamağına sahiptir. 6 8 2 2 2 C: 2 2 4 O: 1 tane C atomu 2 tane O atomu ile 4 elektronu ortak kullanarak CO 2 kovalent bileşiğini oluşturur. 4A grubu elementlerinin alabileceği negatif yükseltgenme basamağı -4 tür. Ayrıca +4 ve +2 yükseltgenme basamağına sahip bileşikler oluşturabilirler. Karbon, en çok yer kabuğunda bulunur. Petrolün ve taş kömürünün yapısında vardır. Silisyum mineraller açısından oldukça önemli olup yer kabuğunda bolca bulunur. Silikon maddelerin yapımında kullanılır (Resim 1.23). Germanyum düşük sıcaklıkta yalıtkan; oda sıcaklığında zayıf iletken özellik gösterir. Bu özelliğinden dolayı elektronik sanayisinde önemli bir elementtir. Normal ışığa karşı şeffaf olmayıp kızılötesi ışınlara karşı şeffaftır. Yüksek kırılma indisine sahip olduğundan optik cam üretiminde kullanılır. Kalay aktif olmayan bir metaldir. Dış yüzeyi oksit tabakası ile kaplandığından korozyona dayanıklıdır. Metalik özellikteki kalay ve kurşun suyla tepkimeye girmez. Ancak bazı asitlerle tepkimeye girerek H 2 gazı oluşturur. Örneğin hidroklorik asitle gerçekleştirdikleri tepkimeler aşağıdaki gibidir. Pb + 2HCl " PbCl + H ^kh ^sudah 2^sudah 2^gh Sn + 2HCl " SnCl + H ^kh ^sudah 2^sudah 2^gh 5A Grubu Bu grup üyelerinden azot (N) ve fosfor (P) ametal, arsenik (As) ve antimon (Sb) yarı metal, bizmut (Bi) ise metaldir. Elektron dağılımları ns 2 np 3 orbitalleri ile sonlanan p-bloğu elementleridir (Şekil 1.41). Resim 1.23: Silikon malzemelerin yapımında silisyum elementi kullanılır. 5A N 7 P 15 As 33 Sb 51 Bi 83 Uup 115 Şekil 1.41: p-bloğu elementlerinin bir kısmı 5A grubundadır. 83
N ve P atomları metallerle iyonik, ametallerle kovalent bağlı bileşikler oluşturur. Bu atomlar metallerle oluşturdukları bileşiklerde -3 yükseltgenme basamağına sahiptir. 5A grubunda bulunan fosfor (P) ve arsenik (As) atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 33 15 2 2 6 2 3 P: 3s 3p 2 2 6 2 6 2 10 3 As: 3s 3p 4s 3d 4p P ve As atomlarının değerlik elektronları ns np orbitallerinde bulunur. Bu durumda elektron dağılımları p orbitalleri ile sonlandığından p bloğu elementleridir. 20 2 2 6 2 6 2 Ca: 3s 3p 4s 7 2 2 3 N: 3 tane Ca atomu son katmanlarındaki 6 elektronu, 2 tane N atomuna vererek Ca 3 N 2 iyonik bileşiğini oluşturur. Ca atomu bu bileşikte +2, N atomu ise -3 yükseltgenme basamağına sahiptir. 7 2 2 3 N: 9 2 2 5 F: 1 tane N atomu 2p orbitallerindeki 3 elektronu, 3 tane F atomu ile ortak kullanarak kovalent bağlı NF 3 bileşiğini oluşturur. 5A grubu elementlerinin alacakları negatif yükseltgenme basamağı -3 tür. Ancak bu grup elementleri değişken pozitif yükseltgenme basamaklarına da sahip olabilir. Bunları Biliyor musunuz? Azot gazı (N 2 ) havanın %78 ini kaplayan bir gazdır. Mars gezegeninin atmosferinin %3 ünden azı azottur. Azotun en önemli kullanım şekli havadaki nitrojenden nitratlar hâlinde elde edilen gübrelerdir. Elementel azot iki atomlu bir gazdır. Azot atomunun NO, N 2 O, N 2 O 4, N 2 O 5 gibi oksitleri vardır. Bu oksitlerden sadece N 2 O 5 katı, diğerleri gaz hâlindedir. Fosfor P 4 molekülleri hâlinde bulunur. P 4 O 6 ve P 4 O 10 fosfor elementinin oksitleridir. Azotun bileşiği hidrazin (N 2 H 4 ) havada patlayıcı özelliğe sahip olduğundan roket yakıtlarında itici gaz olarak kullanılır. Antimon, bizmut ve arsenik kristal yapılıdır. Antimon alaşım eldesinde kullanılır. Arsenik bileşiklerinin vücut dokuları ve fonksiyonları üzerinde zararlı etkileri vardır. Bu nedenle bileşikleri, böcek ve tarım ilaçları ve fare zehiri üretiminde kullanılır. Bizmutun alaşımları yangın söndürücülerde ve elektrik sigortalarında kullanılır. Ayrıca seramik üretiminde, antimon oksitleri renklendirmede, arsenik oksidi ise sır ham maddesi olarak kullanılır. 84
6A Grubu Bu grubun ilk üç üyesi oksijen (O), kükürt (S) ve selenyum (Se) ametal, diğerleri tellür (Te) ve polonyum (Po) yarı metaldir. p-bloğunda yer alan 6A grubu elementlerinin elektron dağılımı ns 2 np 4 orbitalleri ile sonlanır (Şekil 1.42). Oksijen iki atomlu bir gazdır. O 2 molekülleri yanında O 3 molekülleri hâlinde de bulunabilir. Kükürt ve selenyum ise S 8 ve Se 8 molekülleri hâlinde bulunur. Tellür ve polonyum kristal yapılar oluşturur. Polonyum radyoaktif olduğundan radyasyon yayar. Oksijen çoğu bileşiğinde -2 yükseltgenme basamağına sahiptir. Kükürt, selenyum ve tellür de -2 yüklü iyonlar oluşturur. Oksijen metallerle oksit ve peroksit, kükürt ise sülfür bileşikleri verir. Ayrıca grup üyeleri ametallerle de molekül yapılı kovalent bileşikler yapar. Oksijen (O) ve selenyum (Se) elementlerinin elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 6A O 8 S 16 Se 34 Te 52 Po 84 Lv 116 Şekil 1.42: p-bloğu elementlerinin bir kısmı 6A grubundadır. 34 8 2 2 4 O: 2 2 6 2 6 2 10 4 Se: 3s 3p 4s 3d 4p O ve Se elementlerinin değerlik elektronları ns ve np orbitallerindedir. Bu durumda bu iki atom p bloğu elementidir. Örnek 11 2 2 6 1 Na: 3s 16 2 2 6 2 4 S: 3s 3p 2 tane Na atomu 3s orbitallerindeki elektronlarını S atomuna vererek Na 2 S iyonik bileşiğini oluşturur. Bu grup üyeleri değişken pozitif yükseltgenme basamaklarını da alabilir. Oksijen demir-çelik üretiminde, kaynakçılıkta, solunum cihazlarında, denizaltı ve uzay araçlarında kullanılır. Kükürdün büyük bir kısmı sentetik gübre, kâğıt hamuru dolgu maddesi olarak ve kauçuk endüstrisinde kullanılır. Selenyum zayıf bir iletken olmasına rağmen üzerine düşen ışık ile iletkenliği artar. Bu özelliği nedeniyle fotosellerde ışık şiddetinin ölçülmesinde selenyumdan yararlanılır. Tellür yarı iletkenlerin ve termo elektrik alaşımların üretiminde kullanılır. 7A Grubu Bu grup üyelerinin tümü ametaldir. Halojen olarak isimlendirilirler. p-bloğunda yer alan bu elementlerin elektron dağılımları ns 2 np 5 ile sonlanır (Şekil 1.43). 7A F 9 Cl 17 Br 35 I 53 At 85 Uus 117 Şekil 1.43: p-bloğu elementlerinin bir kısmı 7A grubundadır. 85
Klor (Cl), brom (Br) atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 17 35 2 2 6 2 5 Cl: 3s 3p 2 2 6 2 6 2 10 5 Br: 3s 3p 4s 3d 4p Her iki atomun da değerlik elektronları ns ve np orbitallerindedir. Bu durumda 7A grubunda bulunan bu atomlar p bloğu elementidir. İlk üyeleri flor (F) atomu, elektron ilgisi çok büyük olduğundan bileşiklerinde sadece -1 değerlik alır. Tablo 1.11 de halojenlerin yaygın kullanılan yükseltgenme basamakları verilmiştir. İnceleyiniz. Tüm grup üyelerinin aktiflikleri çok yüksektir. Aktif bir ametal olduğundan flor, su ile aşağıdaki tepkimeyi gerçekleştirerek oksijen gazı açığa çıkarır. Tablo 1.11: Halojenlerin yaygın kullanılan yükseltgenme basamakları Element sembolü Yükseltgenme basamakları F -1 CI +7, +6, +5, +4, +3, +1, -1 Br +5, +3, +1, -1 I +7, +5, +1, -1 At -1 2F + 2H O " 4HF + O 2^gh 2 ^sh ^sudah 2^gh 7A grubu elementlerinin -1 yüklü iyonları metallerle iyonik bileşikler oluşturur. 3 2 1 Li: 1s 2s 9 2 2 5 F: F atomu Li atomunun verdiği 1 elektronu alarak LiF iyonik bileşiğini oluşturur. Halojenler kendi aralarında ya da diğer ametallerle moleküler yapılı bileşikler de oluşturur. 15 17 2 2 6 2 3 P: 3s 3p 2 2 6 2 5 Cl: 3s 3p Bunları Biliyor musunuz? Brom molekülü oldukça reaktif olduğu için sıvı hâlde cilde temas ettirilmemelidir. Teması hâlinde kısa sürede bölge tamamen erir. Temas eden dokular geri dönüşümsüz olarak kaybolur. Bir P atomu 5 Cl atomu ile değerlik orbitallerindeki elektronları ortak kullanarak PCl 5 molekülünü oluşturur. Halojenler aktiflikleri nedeniyle doğada iki atomlu moleküller hâlinde ya da bileşikleri hâlinde bulunur. 7A grubu elementlerinin hidrojenle tepkimeleri sonucunda oluşan hidrojen halojenürler asit özellik gösterir. Hidrojen halojenürlerin asitlik kuvveti grup boyunca yukarıdan aşağıya doğru artar. Florun hidrojenli bileşiği olan HF cama etki ettiği için cam endüstrisinde cama şekil vermede kullanılır. Ayrıca flor soğutucularda kullanılan freon gazının bileşiminde de bulunur. Klor suda 86
çözündüğünde oluşturduğu hipoklorit (ClO - ) iyonları mikrop ve bakteri öldürücü olarak içme suyunda ve yüzme havuzlarında kullanılır. Brom bileşikleri sanayide ve laboratuvarlarda geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bileşikleri su arıtmada ve ağartıcıların üretiminde kullanılır. İyot, grubunda bulunan diğer elementlere göre daha az etkindir. Gıda katkı maddelerinde, boyalarda ve katalizörlerde kullanılır. Oda koşullarında flor ve klor gaz hâlinde, brom sıvı, iyot ise katı hâldedir. 7A grubunun son üyesi astatin (At) ise radyoaktiftir. Bunları Biliyor musunuz? İyot adını Yunanca mor anlamına gelen iodes ten almıştır. Kloroform, karbon tetraklorürde ve karbon disülfürde kolayca çözünerek mor çözeltiler oluşturur. Nişastanın ayracıdır. d-bloğu Elementleri Elektron dağılımları d orbitalleri ile sonlanan ve periyodik çizelgede 2A grubu ile 3A grubu arasına yerleşmiş olan elementlerdir. f-bloğu elementleri ile birlikte B grubu olarak sınıflandırılan d-bloğu üyelerinin tamamı metalik özellik gösterir (Şekil 1.44). 1 2 3 4 5 6 7 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na 12 Mg 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B 13 Al 19 K 20 Ca 1 Sc 22 Ti 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 55 Cs 56 Ba 72 Hf 87 Fr 88 Ra 104 Rf 57 La 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 29 30 31 32 33 34 Cu Zn Ga Ge As Se 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 105 106 107 108 109 Db Sg Bh Hs Mt 58 Ci 59 Pr 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 110 Ds 111 Rg 112 Cn 113 Uut 114 FI 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk Şekil 1.44: B grubu elementlerinin bir kısmı d-bloğu elementidir. Geçiş metallerinin karakteristik özelliği tam dolu olmayan d orbitallerine sahip olmaları veya kolayca tam dolu olmayan d orbitallerine sahip iyonlar oluşturmalarıdır. Elektron dağılımları ns (n-1) d orbitalleri ile sonlanan d bloku elementleri, geçiş metalleri olarak isimlendirilir. Periyot boyunca elementlerin atom numaraları arttıkça genellikle öz kütleleri de artar. Bu nedenle geçiş metallerinin çoğu ağır metallerdir. Tam dolu olmayan d orbitalleri nedeniyle ayırt edici renklilik, katalitik etki gösterme ve kompleks oluşturma gibi önemli özelliklere sahiptir. 98 Cf 83 Bi 84 Po 35 Br 53 I 85 At 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 115 Uup 116 Lv 117 Uus 118 Uuo 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr 87
Bunları Biliyor musunuz? Geçiş metallerinin birçok katı bileşikleri ve çözeltileri renklidir. Bu rengin varlığı ışığın spektrumun görünür bölgesinde absorblandığını gösterir. Bunun nedeni geçiş elementlerinin tam dolu olmayan d orbitallerine sahip olmalarıdır. Geçiş metallerinin elektronları ns orbitallerini doldurduktan sonra (n-1) düzeyindeki d orbitallerini doldurmaya başladığından, proton sayısının artmasıyla artan elektronlar bir iç enerji düzeyine girer. Bu nedenle geçiş elementlerinin yarıçapları ve iyonlaşma enerjileri birbirine çok yakındır. Kobalt (Co), vanadyum (V) ve mangan (Mn) elementlerinin elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 27 25 2 2 6 2 6 2 7 Co: 3s 3p 4s 3d 23 2 2 6 2 6 2 3 V: 3s 3p 4s 3d 2 2 6 2 6 2 5 Mn: 3s 3p 4s 3d Üç atomun da elektron dağılımı ns(n-1)d orbitali ile sonlanır. Üçü de tam dolu olmayan d orbitallerine sahiptir. Dolayısıyla geçiş metalidir. Çinko (Zn), kadmiyum (Cd) ve cıva (Hg) elementleri bazen geçiş metali olarak adlandırılsa da geçiş metallerinin karakteristik elektron dizilişine sahip olmadıklarından bu sınıfa girmezler. Zn nun elektron dağılımını yazarak inceleyelim. 30 2 2 6 2 6 2 10 Zn: 3s 3p 4s 3d Zn nun elektron dağılımı tam dolu d orbitalleri ile sonlanır. Bu nedenle geçiş metallerinin birçok karakteristik özelliğine sahip değildir. Geçiş metalleri, bileşiklerinde birden fazla pozitif yükseltgenme basamağına sahiptir (Tablo 1.12). Ametallerle iyonik bileşikler oluştururlar. Tablo 1.12: 4. periyot geçiş elementlerinin yükseltgenme basamakları Element sembolü Atom numarası Yükseltgenme basamakları Sc 21 +3 Ti 22 +2, +3, +4 V 23 +2, +3, +4, +5 Cr 24 +2, +3, +6 Mn 25 +2, +3, +4, +6, +7 Fe 26 +2, +3 Co 27 +2, +3 Ni 28 +2, +3 Cu 29 +1, +2 88
Demir ve titan dışında d-bloğu elementlerinin yer kabuğunda bulunma oranları çok düşüktür. Bakır (Cu), gümüş (Ag), cıva (Hg), altın (Au) ve platin (Pt) gibi aktifliği düşük olan geçiş metalleri doğada serbest hâlde bulunurken diğer geçiş metalleri oksit, sülfür, sülfat, karbonat bileşikleri hâlinde bulunur. Krom, oksitlenmeye dirençli olduğundan diğer metallerin kaplanmasında kullanılır (Resim 1.24). f- Bloğu Elementlerinin Periyodik Çizelgedeki Yerleri Atomlarına ait en son elektronların f orbitallerine yerleştiği elementler f-bloğu elementleri olarak sınıflandırılır. İç geçiş elementleri olarak bilinen bu elementlerin periyodik çizelgede 6 ve 7. periyotlarda 2A ile 3B grubu arasında konumlanması gerekir. Ancak çizelgenin şeklinin bozulmaması için çizelgenin altında iki sıra hâlinde konumlanmıştır (Şekil 1.45). Resim 1.24: Lastik jantlarında krom kaplama kullanılır. Ametaller Alkali metaller Toprak alkali metaller Geçiş metalleri p bloğu metalleri Yarı metaller Halojenler Soy gazlar Lantanitler Aktinitler Lantanitler Aktinitler Şekil 1.45: Çizelgenin altında gösterilen 6 ve 7. periyot elementleri f-bloğundadır. 6. periyotta 1A grubundaki sezyum ve 2A grubundaki baryumdan sonra gelen lantan elementinin elektronları 6s orbitalinden sonra 4f orbitallerine yerleşmelidir. Ancak 5d orbitallerinin enerjileri 4f orbitallerininkinden biraz daha düşük olduğundan lantanın elektron dağılımı 6 Xe@ 6s 2 4f 1 yerine 6 Xe@ 6s 2 5d 1 şeklinde olur. 89
Bunları Biliyor musunuz? f blok elementleri kimyasal özellikleri bakımından birbirine çok benzerdir. Bu blok elementlerinin atom çapları birbirine çok yakındır. Lantanitlerin çoğu doğada bir arada bulunur. Lantanitler aktif metallerdir. İçlerinde sadece prometyum radyoaktiftir. Aktinitlerin ise hepsi radyoaktif metaldir. Bunları Biliyor musunuz? Soy gazlardan biri olan ksenonun ilk bileşiği 1962 yılında sentezlenen ksenon hekzafloroplatinattır. Bu zamana kadar bulunan seksenden fazla ksenon bileşiği elektronegatifliği yüksek olan flor ya da oksijen atomlarını içerir. 8A He 2 Ne 10 Ar 18 Kr 36 Xe 54 Rn 86 Uuo 118 Şekil 1.46: Soy gazlar periyodik çizelgede 8A grubunda bulunur. 3B grubu metali olan Lantanı izleyen 14 element, lantanitler olarak isimlendirilir. Bu seride ilave elektronlar 5d orbitallerinden sonra 4f orbitallerine yerleşir. Godalinyum (Gd), seryum (Ce), erbiyum (Er) element atomlarının elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 64 64 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 7 1 Gd: 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 2 Gd: 6 Xe@ 6s 4f 5d 7 1 Atom numarası 64 olan godalinyum (Gd) elementinin elektron dağılımı 6 Xe@ 6s 2 4f 8 yerine Xe 6s 2 7 6 @ 4f 5d 1 şeklindedir. Bunun nedeni yarı dolu 4f 7 orbitalinin kararlı olmasıdır. 58 58 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 1 1 Ce: 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d Ce: 6 Xe@ 6s 4f 5d 2 1 1 Atom numarası 58 olan seryum (Ce) elementi 6. periyot f bloğu elementidir. 68 68 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 12 Er: 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f Er: 6 Xe@ 6s 4f 2 12 Bu durumda atom numarası 68 olan erbiyum (Er) elementi 6. periyot f bloğu elementidir. Toryum ile başlayan son sıra elementleri 3B grubu metali olan aktinyum elementini izleyen 14 elementtir. Bu elementler aktinitler olarak isimlendirilir. Aktinitlerin çoğu doğada bulunmaz. Ancak sentezlenebilir. f orbitalleri iç katmanda olduğundan, dış katmandaki elektronlara etkisi azdır. Kimyasal özellikler dış katmandaki elektronlara bağlı olduğu için f bloğu elementlerinin kimyasal özellikleri birbirine çok benzer. c. Soy Gazlar ve Özellikleri Periyodik çizelgenin 8A grubunda bulunan soy gazlar (asal gazlar) helyum (He), neon (Ne), argon (Ar) ve kripton (Kr), ksenon (Xe) ve radon (Rn) elementlerinden oluşur (Şekil 1.46). Bu elementlerden helyumun elektron dağılımı 1s 2, diğerlerinin elektron dağılımı ise ns 2 np 6 ile sonlanır. Soy gaz atomlarının elektron dağılımlarında alt kabuklarının tamamen dolu olması kararlı olmalarını sağlar. Argon (Ar) ve kripton (Kr) elementlerinin elektron dağılımlarını yazarak inceleyelim. 90
18 36 2 2 6 2 6 Ar: 3s 3p 2 2 6 2 6 2 10 6 Kr: 3s 3p 4s 3d 4p Her iki atomun da elektron dağılımı ns 2 np 6 orbitalleri ile sonlandığından Ar ve Kr p bloğu elementleridir. İyonlaşma enerjileri kendileri ile aynı periyotta olan elementlerden yüksektir. Bu elementler dışarıdan gelecek ilave elektronları kabul edemez. Helyum ve neonun bileşikleri henüz oluşturulamamıştır. İlk kez 1962 yılında Neil Bartlett (Niıl Bertlıt) ksenonun platin hekzaflorür ile oluşturduğu bileşiği sentezlemiştir. 1962 yılından sonra ksenonun XeF 4, XeO 3, XeO 4, XeOF 4 gibi bileşikleri, kriptonun da KrF 2 bileşiği oluşturulmuştur. 2000 yılında düşük sıcaklıklarda kararlı olan bir argon bileşiği HArF elde edilmiştir. Soy gazlar oda koşullarında tek atomlu gaz hâlinde bulunur. En son üyeleri radon radyoaktiftir. Helyum hafif olduğu hem de yanıcı olmadığı için balonlarda, neon gazı ise ampullerde kullanılır (Resim 1.25). Resim 1.25: Neon lambalarında neon gazı kullanılır. Etkinlik: Elementlerin Periyodik Çizelgedeki Konumları ve Özellikleri ile İlgili Öğrendiklerimizi Kontrol Edelim Aşağıda konumuzla ilgili bilgiler verilen cümlelerden doğru ve yanlış olanları belirleyerek uygun kutucuğu işaretleyiniz. D Y 1. Hidrojen atomu iyonik bileşiklerinde +1 yüklü iyon hâlindedir. 2. 1A grubu elementleri halojenlerle iyonik bileşikler oluşturur. 3. Toprak alkali metaller alkali metallerden daha aktiftir. 4. 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A grubu elementleri periyodik çizelgede p bloğunda bulunur. 5. C atomu metallerle oluşturduğu iyonik bileşiklerde +4 yükseltgenme basamağına sahiptir. 6. Oksijen oksit bileşiklerinde -2, peroksit bileşiklerinde -1 yükseltgenme basamağına sahiptir. 7. Flor, iyonik ve kovalent bileşiklerinde sadece -1 yükseltgenme basamağını alır. 8. Soy gazların tümünün elektron dağılımı ns 2 np 6 orbitalleri ile sonlanır. 91