8.1: Elementlerin Periyodik Sınıflandırılması
Periyodik tablo, atomları artan atom sayısına göre düzenler, böylece aynı kimyasal özelliklere sahip elementler periyodik olarak tekrar eder. Elektron konfigürasyonları tabloya eklendiğinde, bu elementlerin dış kabuklarında benzer elektron konfigürasyonlarının periyodik olarak tekrarladığı gözlemlenir. Bir atomun dış kabuklarında bulundukları için, kimyasal reaksiyonlarda en önemli rolü değerlik elektronları oynar. Dış elektronlar, bir atomdaki elektronların en yüksek enerjisine sahiptir ve çekirdek elektronlardan daha kolay kaybedilir veya paylaşılır. Değerlik elektronları, elementlerin bazı fiziksel özelliklerinde de belirleyici faktördür.
Yatay sıralar periyot olarak bilinir. Bir periyot boyunca, her ardışık element çekirdekte ek bir protona ve değerlik kabuğuna ek bir elektrona sahiptir. Dikey sütunlar gruplardır. Herhangi bir gruptaki (veya sütundaki) elementler aynı sayıda değerlik elektronuna sahiptir (Şekil 1); alkali metaller lityum ve sodyumun her biri yalnızca bir değerlik elektronuna sahiptir, toprak alkali metalleri berilyum ve magnezyumun her biri iki, halojenler flor ve klor ise yedi değerlik elektronuna sahiptir. Elementlerin nasıl tepki vereceğini tanımlayan değerlik elektronlarının kaybı, kazancı veya paylaşımıdır. Aynı grubun elementleri arasındaki kimyasal özelliklerdeki benzerlik, aynı sayıda değerlik elektronuna sahip oldukları için ortaya çıkar.
Periyodik tablonun elementlerin kimyasal davranışları temelinde, atomik yapıları hakkında herhangi bir fikir bulunmadan çok önce geliştirildiğini hatırlamak önemlidir. Şimdi periyodik tablonun düzeni anlaşıldı; atomları aynı sayıda değerlik elektronuna sahip olan elementler aynı gruptadır. Şekil 1'in renkli bölümleri, doldurulmakta olan orbitallere göre sınıflandırılan üç öğe kategorisini gösterir.
Şekil 1: Periyodik tablonun bu versiyonu, her bir elemanın konfigürasyonunu gösterir. Her grupta konfigürasyonun genellikle benzer olduğuna dikkat edin.
Ana grup öğelerine bazen temsili öğeler denir. Bunlar, eklenen son elektronun, Şekil 1'de mavi ve kırmızı olarak gösterilen, en dıştaki kabukta bir s veya p orbitaline girdiği elementlerdir. Bu kategori, tüm ametal elementlerin yanı sıra metaloidleri ve birçok metali içerir. Ana grup elementleri için değerlik elektronları en yüksek n seviyesine sahip olanlardır. Örneğin, galyum (Ga, atom numarası 31), üç değerlik elektronu (altı çizili) içeren [Ar]4s23d104p1 elektron konfigürasyonuna sahiptir. Tamamen doldurulmuş d orbitalleri değerlik elektronlar yerine çekirdek elektronlar olarak sayılır.
En soldaki iki sütun s-bloğunu ve altı en sağdaki sütun p-bloğunu oluşturur. p-bloğunun bir parçası olan soy gazların tümü, iki tane değerlik elektronu olan helyum dışında sekiz değerlik elektronuna sahiptir. Bu elementler oldukça kararlıdır ve tepkisizdir.
Geçiş elementleri veya geçiş metalleri: Bunlar, eklenen son elektronun bir d orbitaline girdiği metalik elementlerdir. Bu elementlerdeki değerlik elektronları (son soy gaz konfigürasyonundan sonra eklenenler) ns ve (n – 1) d elektronlarını içerir. Geçiş elementlerinin resmi IUPAC tanımı, kısmen dolu d orbitallerinin olduğunu belirtir. Dolayısıyla, orbitalleri tamamen dolu olan elementler (Şekil 1'deki Zn, Cd, Hg ve ayrıca Cu, Ag ve Au) teknik olarak geçiş elementleri değildir. Bununla birlikte, terim sıklıkla tüm d bloğunu ifade etmek için kullanılır (Şekil 1'de sarı renkli).
d-bloğu 10 sütundan oluşur. Her satırı dolduran d orbitallerinin temel kuantum sayısı, satır numarası eksi bire eşittir. Dördüncü satırda, 3d orbitalleri doldurulur, beşinci satırda, 4d orbitaller doldurulur, ve böyle gider.
İç Geçiş Elementleri: Şekil 1'de yeşil renkte gösterilmiştir. İç geçiş elementlerinin değerlik kabukları (n – 2)f, (n – 1)d ve ns alt kabuklarından oluşur. İç geçiş elementleri, son elektron bir f-bloğuna girdiği için f bloğu oluşur. Her satırı dolduran f orbitallerinin temel kuantum sayısı, satır numarası eksi ikiye eşittir. Altıncı satırda 4f orbitalleri doldurulur ve yedinci satırda 5f orbitalleri dolar. İki iç geçiş serisi vardır:
- Lantanid serisi: lutanid (La) ile lutesyum (Lu)
- Aktinit serisi: aktinit (Ac) aracılığıyla lavrensiyum (Lr)
Serinin diğer üyeleriyle benzerliklerinden dolayı lantan ve aktinyum, f elektron içermeyen geçiş metalleri olsalar bile, seriyi adlandırmak için dahil edilir ve kullanılır.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: OpenStax Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms.