Elementlerin S n fland r lmas Anahtar Kavramlar periyodik sistem grup periyot metal ametal yar metal fiekilde top makinesindeki rengârenk toplar bütün cazibesiyle fark edilmeyi bekliyor. Bu renkli toplar n size ait olmas n istiyorsan z; at n jetonu, çevirin kolu! Makinede y n hâlinde duran bu toplar grupland rarak farkl makinelere yerlefltirmemiz istenseydi bu toplar hangi düzene göre grupland r r ve hangi özelliklerini göz önünde bulundururdunuz? Top makinesindeki toplar n s n fland r lmas nda oldu u gibi do adaki maddeleri oluflturan yüz civar nda element de bilim insanlar taraf ndan çeflitli özelliklerine göre s n fland r lm flt r. Sizce bu sınıflandırmaya neden gerek duyulmuştur? Siz olsaydınız bu sınıflandırmayı nasıl yapardınız? Elementlerin hangi özelliklerinden yararlanırdınız? 7. sınıfta öğrendiğimiz elementleri ve onlar n özelliklerini hatırlayarak yandaki etkinlikle kendi sınıflandırmamızı yapalım. 78
P K C H 1. Etkinlik Elementleri Sınıflandıralım Model Oluşturalım Etkinliğimizi gerçekleştirebilmek için öncelikle aşağıdaki soruları cevapland ral m. Elementler hakkında neler biliyoruz? Elementlerin birbirinden farkl olmas n nas l aç klar z? Element, atom ve atom alt parçacıklar arasında nasıl bir ilişki vardır? Bunları Yapalım 7. sınıfta öğrendiğimiz ilk 20 elementten bir tanesini seçelim ve seçtiğimiz elementin adını defterimize not edelim (Her birimiz farkl bir element seçelim.). Elementin Numarası Elementin Adı Sembol Elementin Numarası Elementin Adı Sembol 1 Hidrojen H 11 Sodyum Na 2 Helyum He 12 Magnezyum Mg 3 Lityum Li 13 Alüminyum Al 4 Berilyum Be 14 Silisyum Si 5 Bor B 15 Fosfor P 6 Karbon C 16 Kükürt S 7 Azot N 17 Klor Cl 8 Oksijen O 18 Argon Ar 9 Flor F 19 Potasyum K 10 Neon Ne 20 Kalsiyum Ca 3 51. s. Seçtiğimiz elementin özelliklerini araştıralım ve önemli gördüğümüz bilgileri defterimize kaydedelim (sembolü, proton-nötron-elektron sayıları, elektron dizilimi, fiziksel ve kimyasal özellikleri vb.). Elementimizle ilgili edindiğimiz bilgileri kullanarak elementin kimlik kart n haz rlayal m. 20 elemente ait kartlar hazırlandığında, her birimiz elementimizi arkadaşlarımıza tanıtalım. Kartlar bir araya getirelim ve seçti imiz 20 elementin özelliklerini karşılaştırarak elementleri sınıflandıralım. Sınıflandırmayı yaparken hangi ölçütleri göz önünde bulundurduğumuzu listeleyelim. Yaptığımız sınıflandırmayı gösterecek şekilde kartlar m z s ras yla sınıf panosuna asal m. Defterimizde bir çizelge oluşturarak elementlerle ilgili yaptığımız sıralamayı kaydedelim. Ca Al Na He 79
Etkinlikte sınıflandırdığımız gibi bilim insanları yeni elementler keflfettikçe ve elementlerin sayısı arttıkça benzer özelliklerine göre elementleri çeşitli şekillerde sınıflandırmışlardır. Böylece elementler s n fland r ld klar nda daha kolay ö renilebilir hâle gelmifltir. Elementlerin S n fland r lmas n n Tarihsel Geliflimi 1 2 Johann Döbereiner (Yohan Döbereynar) (1780-1849) Li Na Cl K Ca Br Sr I Ba Bu konuyla ilgili ilk çalışmayı 1829 yılında Johann Döbereiner, benzer özellik gösteren elementlerden üçlü gruplar oluşturarak gerçekleştirmiştir. Ona göre; lityum, sodyum, potasyum benzer özellikler gösterdi i için bir grup oluşturuyordu. Alexandre Beguyer de Chancourtois (Aleksand r Beguye dö fiankurtua) (1820-1886) Benzer fiziksel özellik gösteren elementleri dikey s ralarda olacak şekilde sarmal olarak sıralamışt r. Fakat bu listede elementlerin dışında bazı iyonlara ve bileşiklere de yer vermiştir. 3 4 John Newlands (Con Nivlends) (1837-1898) O devirde bilinen 62 elementi artan atom a rl klar na göre sıralamış, ilk 8 elementten sonra benzer fiziksel ve kimyasal özelliklerin tekrar ettiğini fark etmiştir. Bir numaral elementten sonra gelen sekizinci element ilk elementin bir çeflit tekrar d r; t pk müzikte bir oktav n sekizinci sesi gibi... J. Newlands (1864) Dimitri vanovic Mendeleyev (Dimitri vanoviç Mendelyef) (1834-1907) Mendeleyev ve Meyer birbirlerinden habersiz, ayn dönemde elementleri s n fland rm fl ve ayn s ralamay bulmufllard r. Ancak Meyer elementleri benzer fiziksel özelliklerine göre s ralarken, Mendeleyev bu s ralamada atom a rl n göz önünde bulundurmufltur. Lothar Meyer (Lotar Meyer) (1830-1895) 80
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri Mendeleyev oluflturdu u çizelgede elementlerin düzenli olarak yinelenen özellikler gösterdi ini farketmifltir. Bu çizelge elementlerin birbirleriyle iliflkilerini yans tm flt r. Örne in; soldan sa a do ru gidildikçe element atomlar n n proton say lar ; yukar dan afla ya do ru inildikçe element atomlar n n katman say lar artmaktad r. Bu s ralama günümüzde kullan lan elementlerin s n fland r lmas na yak n bir s ralamad r. Aşağıdaki etkinlikle elementlerin günümüzde ne şekilde sınıflandırıldığına bir göz atalım. 2. Etkinlik Model Oluşturalım Elementlerin Mahallesi 117 Uus Kutularda gördüğümüz harfler bize ne ifade ediyor? Kutularda elementlerle ilgili hangi bilgiler yer almaktadır? Çizelgede daha önceden öğrendiğimiz hangi elementler bulunmaktadır? Elementlerin yerleşimi sırasında nasıl bir düzen dikkatinizi çekti? Şekilde görülen çizelgeye nasıl bir ad verilebilir? Etkinlikte verilen çizelgede, elementler belirli bir düzene göre yer almaktadır. Element ve element atomları ile ilgili bilgiler içeren bu çizelgeye periyodik sistem/periyodik tablo adı verilir. Periyodik sistemde elementin adı, sembolü ve element atomunun proton sayısı gibi bilgilere de yer verilmektedir. Periyodik sistemdeki bu yerleşim düzeni, elementlerin özellikleri ile ilgili çok daha fazla bilgiyi içermektedir. Sizce elementlerin belirli bir düzene göre sıralandığı bu tabloya neden periyodik sistem adı verilmiştir? 81
4 51. s. Günümüzde kullanılan modern periyodik sistemin temeli; atom alt parçac k olan protonun keşfine dayanmaktadır. Henry Moseley (Henri Mozeli) adlı bilim insanı, elementleri, element atomlar n n proton sayılarına (atom numaras na) göre düzenlemiştir. Elementlerin numaras element atomlar n n proton say s na, proton say s da atom numaras na karfl l k gelmektedir. Moseley in, elementleri proton sayılar n n art fl na göre sıralamasından sonra, son değişiklik Glenn Seaborg (G len Siborg) tarafından gerçekleştirilmiştir. Glenn Seaborg bu tablonun altına iki s ra daha ekleyerek periyodik sisteme son şeklini vermiştir. Henry Moseley Şimdi modern periyodik sistemin özelliklerini aşağıdaki flekil üzerinde inceleyelim. 57-71 57 La 89 Ac Elementlerin çeflitli özelliklerini periyodik sistem yardımıyla anlayabiliriz. Periyodik sistemde sütun ve sat rlara yerlefltirilmifl 100 den fazla element bulunur. Periyodik sistemi oluflturan bu tabloda bulunan yatay s ralara periyot adı verilir. fiekilde de görüldü ü gibi periyodik sistemde toplam yedi periyot bulunmaktadır. 1. periyot kısa bir periyot olup sadece hidrojen (H) ve helyum (He) elementlerini içerir. 2. periyotta sekiz element vardır. Bu periyot, lityum (Li) elementi ile başlar, neon (Ne) elementi ile biter. 3. periyotta kaç element olduğunu ve periyodun hangi element ile başlayıp bittiğini periyodik sisteme bakarak söyleyebilir miyiz? Potasyum (K) elementi ile başlayan 4. periyotta 18 tane element bulunmaktadır. 5. periyot kaç elementten oluşmaktadır? 82
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri Hizaya geçin Şimdi sıraya girin! Periyodik sistemde element atomlar proton say lar na göre s ralan rken benzer özellik gösteren elementler alt alta gelecek flekilde yerlefltirilmifltir. Böylece dikey s ralar oluflmufltur.yukarıdan aşağı doğru olan bu dikey sıralara grup adı verilir. Periyodik sistemde toplam 18 grup vard r. Bu 18 grup A Grubu ve B Grubu elementleri olarak s n fland r lm flt r. A Grubu elementleri flekildeki periyodik sistemde belirtilen 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A ve 8A Grubundaki elementlerden oluflmaktad r. Arada kalan 10 grup ise B Grubu elementleri olarak adland r l p ileriki y llarda incelenecektir. 1A Grubu 2A Grubu 3A Grubu 4A Grubu 5A Grubu 6A Grubu 7A Grubu 8A Grubu B Grubu Elementleri 57-71 89-103 57 La 89 Ac 5 52. s. Periyodik sistemdeki elementlerin düzenini takvimdeki günlerin ve ayların düzenine benzetebiliriz. Takvimde yer alan pazartesi günlerinin birbirine benzer ve farkl yönleri nelerdir? Her pazartesi hangi yönüyle diğerlerinden farklıdır? Peki aynı grupta bulunan elementlerin birbiriyle benzer özellikleri veya birbirlerinden farkı ne olabilir? Her grup ve periyot boyunca elementlerin özellikleri genellikle sistematik bir biçimde değişiklik gösterir. Aynı grupta olan elementler sertlik, parlaklık, iletkenlik gibi özellikleri ve elektron almaya/ vermeye olan yatkınlıkları bakımından birbirine benzerdir. Periyodik sistem ile Elementleri S n fland ral m adl 1. etkinlikte oluflturdu umuz çizelgeyi karfl laflt ral m. Oluflturdu umuz çizelgenin periyodik sistem ile benzer ve farkl olan yönlerini belirtelim. 83
84 ELEMENTLER N
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri PER YOD K TABLOSU 85
3. Etkinlik Gözlemleyelim, nceleyelim Bul Özellikleri, Grupland r Elementleri Afla da verilen çizelgeyi defterimize çizelim. Kutucuk içerisinde verilen elementlerin çizelgede belirtilen özellikleri tafl y p tafl mad klar hakk nda araflt rma yapal m. Daha sonra bu elementleri s rayla çizelgeye yazarak elementlerin tafl d klar özellikleri iflaretleyelim. Lityum, Sodyum, Potasyum, Berilyum, Magnezyum, Kalsiyum, Demir, Nikel, Bak r, Çinko, Gümüfl, Alt n, Alüminyum, Azot, Fosfor, Oksijen, Kükürt, Flor, Klor, Brom, yot Element Özellik Isı ve Elektrik iletkenliği Sa laml k Parlaklık Kolay şekil alabilme Tel ve levha hâline gelebilme Elektron vermeye yatkınlık oda s cakl nda katı hâlde bulunma oda s cakl nda sıvı hâlde bulunma oda s cakl nda gaz hâlde bulunma Elektron almaya yatkınlık matlık Isı ve elektrik yalıtkanlığı kırılganlık Lityum 6 52. s. Oluşturduğumuz çizelgeye göre iletken olan, tel ve levha haline gelebilme özelliği gösteren, elektron vermeye yatkın olan elementleri defterimize listeleyelim. Daha sonra bu elementlerin yerini periyodik sistemden belirleyerek Çalışma Kitabı mızın 52. sayfasında verilen boş çizelgeye yerleştirelim. Oluşturduğumuz çizelgeye göre ısı ve elektriği iyi iletmeyen, elektron almaya yatkın olmayan elementleri defterimize listeleyelim. Daha sonra bu elementlerin periyodik sistemdeki yerini belirleyerek Çalışma Kitabı mızın 52. sayfasında verilen boş çizelgeye yerleştirelim. Oluşturduğumuz çizelgenin sol tarafında kalan elementlerle sağ tarafında kalan elementlerin özelliklerini karşılaştıralım. 86
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri Etkinlikte elementler periyodik sisteme yerleştirilirken benzer özellikte olanların birbirlerine yakın konumda yer aldığını fark ettik. Elektriği ve ısıyı iyi ileten, parlak görünüme sahip olan, tel ve levha haline gelerek işlenebilen elementler periyodik sistemin sol tarafında yer al r ve bu elementler metal olarak adland r l r. Elektrik iletkenliğinden dolayı kablolarda kullan lan bakır; ısıyı iyi ilettiği için tencerelerde, soba, kalorifer petekleri gibi malzemelerde kullanılan demir ve alüminyum gibi elementler birer metaldir. Cıva elementi hariç bütün metaller oda sıcaklığında katı hâlde bulunur. Metaller genellikle dayanıklı, ağır, parlak maddeler olarak tanımlanır. Metaller s y ve elektri i iyi iletirler, dövülerek onlara flekil verilebilir ve üzerlerine vuruldu unda ç nlama sesi ç kar rlar. Bazı metaller ise çekilerek inceltilebilme özelliğine sahiptir, yani ince teller haline getirilebilir. Metaller arasında pek çok benzerlik olmasına karşın, her metalin farkl özelli i vard r. Bu sebeple farkl kullan m alanlar na göre uygun metal seçilir. Bazı metaller örneğin; alüminyum hafif olduğu için havacılık endüstrisinde kullanılmaya uygundur. Metal grubunda yer alan elementlerin özelliklerini göz önünde bulundurarak hidrojen elementi periyodik sistemin sol taraf nda yer almas na ra men neden metaller s n f nda de ildir? Sizce cıva elementi metallerin sahip olduğu hangi özelliğinden yararlanıldığı için termometrelerde kullanılır? Periyodik sistemin sağ tarafında yer alan, elektri i ve s y iyi iletmeyen, mat görünümlü olan elementler ametal olarak adlandırılır. Oda sıcaklığında kat, s v ve gaz hâlde bulunan ametal grubunda olan elementler vard r. Örneğin; hidrojen, azot, helyum, klor gibi elementler oda s cakl nda gaz hâlde bulunur. Brom elementi s v bir ametaldir, karbon, fosfor, kükürt ve iyot ise oda s cakl nda katı hâlde bulunur. Ametal grubundaki elementlerin kat hâlde bulunanlar k r lgand r. Bu sebeple bunlara dövülerek flekil verilemez. Ayrıca ametaller ısıyı ve elektriği iyi iletmez. 87
Örne in; bir ametal olan klor ve bileflikleri farkl alanlarda kullan lmaktad r. Antiseptik ve dezenfektan olarak kullan lan ilaçlar n yap lmas nda Kirlerin çözünmesinde Yüzme havuzunun bakterilerden ar nd r lmas nda çme sular n n bakterilerden ar nd r lmas nda Yabani otlar n temizlenmesinde Tuvalet temizli inde Hidroklorik asit yap m nda Araflt ral m, Haz rlanal m Bor ve silisyum elementlerinin ısı ve elektrik iletkenliklerini araştıralım. Bu elementlerin iletkenliğini metal ve ametallerin iletkenliği ile karşılaştıralım. Periyodik sistemde hem metallerin hem de ametallerin özelliklerini bir arada taşıyan elementler vard r. Bu sınıfta yer alan elementler yarı metal olarak adlandırılır. Yar metaller baz fiziksel özellikleri ve görünüflleri yönünden metallere, kimyasal özellikleri bakımından daha çok ametallere benzer. Yar metal s n f nda sekiz element vard r ve yandaki flekilde yeflil renk ile gösterilmektedir. Bu elementlerden daha önceden bildiklerimiz bor ve silisyum, di erleri ise germanyum, arsenik, antimon, tellür, polonyum ve astatindir. Şekilde periyodik sistemde metaller sar renkle, ametaller mavi renkle; yarı metaller de yeflil renkle gösterilmiş, bir elementin ise henüz özellikleri belirlenemedi inden s n fland r lmam flt r. 88
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri 7 53. s. Hem metallerin hem de ametallerin özelliğini taşıyan yarı metaller elektronik devre elemanlarında ve birçok alanda kullanılmaktadır. Örneğin; bu elementler kamera ve mikroskop mercekleri ile projektörlerde yarı iletkenlik özelliğinden dolayı tercih edilmektedir. Yar iletkenlerden yap lm fl çeflitli devre elemanlar Afla daki flemada metal, ametal ve yar metallerin özelliklerine yer verilmifltir. Metaller; Oda koflullar nda c va elementi hariç hepsi kat hâlde bulunur. Hepsi parlaktır ve ışığı yansıtır. Tel ve levha hâline getirilebilir, esnektir ve eğilip bükülebilir. Elektrik ve ısıyı iyi iletir. Birbirleriyle bileşik yapamaz. Daima elektron vererek + yüklü iyon (katyon) oluflturur. Ametaller Mattır. Oda s cakl nda her üç hâlde de bulunur. Elektron alarak yüklü iyon (anyon) olma eğilimindedir. Elektrik ve ısıyı iyi iletmez. Kırılgandır. 8 54. s. Yarı metaller Parlak veya mat olabilir. Elektrik ve ısıyı ametallerden daha iyi, metallerden daha az iletir. şlenebilir. Tel ve levha haline gelebilir. Kırılgan değildir. 89
Araflt ral m, Haz rlanal m 1. Periyodik sistemde 1, 2, 7 ve 8. gruplarda bulunan elementleri listeleyelim ve her gruptaki element atomlar n n Son katmanda bulunan elektron sayılar n Kaç elektron alabileceklerini Kaç elektron verebileceklerini yon yükleri gibi özelliklerini araştırarak bu elementlerin neden aynı grupta yer aldığını anlamaya çalışalım. 2. Sayın dinleyiciler; şu anda aldığımız bir haberi sizlere iletmek istiyoruz. Tanecik semtinde periyodik sistemde yer alan 56 numaralı demir elementi bir anda eksilmeye bafllad. San r m bundan sonra demir elementinin özelli ini tafl yan bir element olmayacak. Bu elementin eksikliğine bağlı olarak köprüler ve binalar çökmeye başlamıştır. Ayrıca canlılarda demir eksikliğinden kaynaklanan kansızlık oranı artmıştır. Demir elementinin kullanıldığı kalorifer gibi ısıtma sistemleri çalışamaz duruma gelmiş aynı zamanda demir yolları işletimi durdurulmak zorunda kalınmıştır. Demir elementinin eksikliği birçok alanda insanlığı zor durumda b rakmaktad r. Ortaya çıkan bu tehlikeyi gidermek için bilim insanları gerekli önlemleri almaya çal flmaktad rlar. Biraz önce okuduğumuz haberin gerçek olduğunu düşünelim. Ve periyodik sistemin metal, ametal ve yarı metal sınıflarının her birinden seçeceğimiz bir elementin eksikli i durumunda karşılaşacağımız sorunlar n neler olaca n araflt ral m. Araflt rmam z rapor hâline getirelim. Periyodik sistemimizi metal, ametal ve yarı metal olarak sınıflandırdık. Türkiye nin coğrafik özelliklerine göre yedi bölgede sınıflandırılması gibi biz de periyodik sistemi ülkemize, metal ametal ve yarı metal sınıflarını da bölgelerimize benzetebiliriz. Bölgeler de çeşitli özelliklerine göre illere ayrılmıştır. Bunun gibi bu sınıflarda bulunan elementler de gösterdikleri özelliklere göre kendi aralarında daha alt sınıflara ayrılır. Metal sınıfında yer alan 1 ve 2. grup elementleri, ametal sınıfında yer alan 7 ve 8. grup elementleri özel olarak adlandırılmışlard r. 1A grubu elementleri alkali metaller, 2A grubu elementleri de toprak alkali metaller olarak adlandırılmışt r. Ametal sınıfındaki 7A grubunda bulunan elementler halojenler, 8A grubunda bulunan elementler de soy gazlar veya asal gazlar ad n almışt r. 1A 8A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 9 55. s. 90
Elementlerin S n fland r lmas Maddenin Yapısı ve Özellikleri Periyodik Sistem Karmafla içindeydi elementler, Keflfetmeden önce periyodik sistemi Mendeleyev Elementlere bir düzen geldi Hepsi periyodik sisteme yerleflti Bofl kal nca çizelgede yerleri Anlafl ld bulunacak yenileri Proton say lar na göre s raland lar Çizelgede adland r ld bu sat rlar Sonunda periyot ad n ald lar Yerine yerleflince periyotlar Olufltu kendili inden gruplar Parlak görüntülü ve elektri i iyi iletenler Çizelgenin sol taraf na yerlefltiler Bilim insanlar bunlara dedi metaller K r lgan olup elektri i iletmeyenler Çizelgenin sa taraf na yerlefltiler Bunlara da denildi ametaller Bunlar n da aras na yerleflti yar metaller Kendimizi De erlendirelim Aşa ıdaki soruları defterimize sırasıyla cevaplayalım. 1. Zeynep yaptığı bilimsel çalışmalar sonucunda bir element keşfettiğini açıkladı. Zeynep bu elementin periyodik sistemde potasyum ile kalsiyum arasına yerleştirilmesi gerektiğini iddia etmektedir. Sizce bu mümkün olabilir mi? Neden? 2. Aşağıda üç farklı topun çeşitli özellikleri verilmiştir. Bu özellikleri dikkate alarak her bir topun metal, ametal veya yarı metalden mi yapıldığını belirtelim. Neden böyle düşündüğümüzü açıklayalım. 1. top: Mat görünümlüyüm. Elinize aldığınızda oldukça hafif oldu unu hissedersiniz. Tahta bir zemine bırakıldığımda pat diye bir düşme sesi çıkarırım ve anında parçalara ayrılırım. 1 2 2. top: P r l p r l parlar m. Dokunduğunuzda soğukluk hissi uyand r r m. Şaşırtıcı derecede ağırım. Bana vuruldu unda ç nlama sesi ç kar r m. Tencere, tel gibi farklı şekillere girerim. 3. top: Sert bir yapıdayım ama hafifim. Zemine düştüğümde keskin bir ses ç kar r m. Elektriği çok iyi iletemem. 3 3. Elektrik telleri, mutfakta kullandığımız tencereler, madenî paralar periyodik sistemin hangi s n f nda bulunan elementlerden yap lmaktad r? Neden? 91