Elementlerin Sınıflandırılması
1813 yılında Jon Jakob Berzelius isimli araştırmacı elementlerin adları temel alınarak simgelenmesi fikrini ortaya attı. Hâlâ kullanılmakta olan bu yönteme göre:
1. Her element 1 ya da 2 harften oluşan bir simgeyle ifade ediliyor ve bu simgenin ilk harfi her zaman büyük yazılıyor.
2. Simgelerde sıklıkla elementin İngilizce adının ilk harfi kullanılıyor.
Örneğin: H (Hidrojen: Hydrogen) C (Karbon: Carbon) N (Azot: Nitrogen)
3. Eğer elementin baş harfiyle simgelenen başka bir element varsa bu elementin simgesinde baş harfin yanına İngilizce adının ikinci harfi de ekleniyor.
Örneğin: He (Helyum Helium) Ca (Kalsiyum: Calcium) Ne (Neon: Neon)
4. Eğer elementin İngilizce adının ilk 2 harfi bir diğer elementle aynıysa simgesinde baş harfin yanına bu kez baş harften sonraki ilk ortak olmayan sessiz harf getiriliyor.
Örneğin: Cl (Klor: Chlorine) ve Cr (Krom: Chromium)
5. Bazı elementlerin simgelerinde de bu elementlerin Latince ya da eski dillerdeki adları temel alınmış. Bu 11 elementin simgeleri ve adları şöyle:
Na (Sodyum: Natrium)
K (Potasyum: Kalium)
Fe (Demir: Ferrum)
Cu (Bakır: Cuprum)
Ag (Gümüş: Argentum)
Sn (Kalay: Stannum)
Sb (Antimon: Stibium)
W (Tungsten: Wolfram)
Au (Altın: Aurum)
Hg (Cıva: Hydrargyrum)
Pb (Kurşun: Plumbum)
6. Çoğu yapay olarak sentezlenen yeni elementlerin simgeleriyse atom numaralarına karşılık gelen Latince rakamlar esas alınarak veriliyor.
Örneğin: atom numarası 116 olan Ununheksiyum elementinin simgesi olan Uuh
1: uni 1: uni 6: hexa kelimelerinin baş harflerinden oluşuyor.
Periyodik tabloyu kullanarak her element hakkında belirli bilgiler elde edebiliriz. Örneğin 1 kilogramlık bir karbon bloğunda kaç karbon atomu bulunduğunu tayin etmek için karbon atomunun bağıl atom kütlesini kullanmamız yeterli.
Bağıl Atom Kütlesi: Bir elementin atom kütle birimi (atomic mass units: amu) cinsinden ortalama kütlesini belirtir. Bu rakam sıklıkla elementin izotoplarının da ortalama kütlesini belirttiği için ondalıklı bir sayıdır. Bir elementin bağıl atom kütlesinden atom numarasının (proton sayısının) çıkarılmasıyla o elementin nötron sayısı bulunabilir.
Atom Numarası: Bir atomda bulunan proton sayısı elementi tanımlar ve atom numarası olarak adlandırılır. Atomda bulunan proton sayısı aynı zamanda elementin kimyasal karakteri hakkında da bilgi verir.
Periyodik tabloda sıklıkla karşılaşılan görünüm yandaki gibidir. Burada element simgesinin altında verilen bağıl atom kütlesi proton ve nötron sayısının toplmetax eşittir.
Element simgesinin üstünde verilen atom numarası da proton sayısına eşit olduğuna göre bu iki sayının farkı bize elementin nötron sayısını verir.
Örnek: Kalsiyumun (Ca) nötron sayısı:
Bağıl atom kütlesi Atom numarası = 40-20= 20′dir.
Bu gösterim periyodik tablonun dışında örneğin herhangi bir anlatımda elementin adı geçerken de kullanılabilir. Bazı durumlarda bu iki değerin yeri tam tersi şekilde (atom numarası altta bağıl atom kütlesi üstte) de olabilir. Ek olarak simgenin sağ tarafında elementin + ya da yükü de gösterilebilir.
Element Simgesi: Her elemente ait bir ya da iki harften oluşan simgelerin uluslararası geçerliliği vardır.
Elektron Dizilimi Nedir: Uyarılmamış bir atomdaki elektronların konumlarını gösterir. Kimyabilimciler temel fizik bilgilerine dayanarak atomların elektron dizilimlerine göre nasıl davranabilecekleri konusunda fikir yürütebilirler. Elektron dizilimi bir atomun kararlılık kaynama noktası ve iletkenlik gibi özellikleri hakkında bilgi verir. Atomların son enerji düzeylerine (en dış yörüngelerine) valans düzeyi burada yer alan elektronlara da valans elektronları adı verilir. Kimyasal tepkimelerde birinci derecede önem taşıyan elektronlar valans elektronlarıdır.
Bir elementin periyodik tablodaki yerine bakarak o elementin elektron dizilimi de anlaşılabilir. Aynı grupta (dikey sırada) yer alan elementlerin elektron dizilimleri büyük benzerlik gösterir ve bu nedenle de kimyasal tepkimelerde benzer şekilde davranırlar.
Yükseltgenme basamağı (sayısı): Bir elementin bileşiklerinde alabileceği değerliklerdir. İngilizce deki oxidation state kullanımına karşılık gelmektedir.
Periyodik tabloda yer alan elementler gözterdikleri belirli ortak özelliklere göre gruplar halinde inceleniyor. Bu gruplar hakkında kısaca bilgi vermek gerekirse:
1. Alkali metaller:
Periyodik tablonun ilk grubunda (dikey sırasında) yer alan metallerdir. Fransiyum dışında hepsi yumuşak yapıda ve parlak görünümdedir. Kolaylıkla eriyebilir ve uçucu hale geçebilirler. Bağıl atom kütleleri arttıkça erime ve kaynama noktaları da düşüş gösterir. Diğer metallere kıyasla özkütleleri de oldukça düşüktür. Hepsi de tepkimelerde etkindir. En yüksek temel enerji düzeylerinde bir tek elektron taşırlar. Bu elektronu çok kolay kaybederek +1 yüklü iyonlar oluşturabildikleri için kuvvetli indirgendirler. Isı ve elektriği çok iyi iletirler. Suyla etkileşimleri çok güçlüdür suyla tepkime sonucunda hidrojen gazı açığa çıkarırlar.
2. Toprak Alkali metaller:
Periyodik tablonun baştan ikinci grubunda (dikey sırasında) yer alan elementlerdir. Sıklıkla beyaz renkli olup yumuşak ve işlenebilir yapıdadırlar. Alkali metallerden daha az tepken (tepkimelere girmeye eğilimli) karakterde olmalarının yanında erime ve kaynama sıcaklıkları da daha düşüktür. İyonlaşma enerjileri de alkali metallerden daha yüksektir. Toprak elementleri ismi bu gruptaki elementlerin toprakta bulunan oksitlerinin eski kimyabilimciler tarafından ayrı birer element olarak düşünülmesinden gelir.
3. Geçiş metalleri:
Sertlikleri yüksek yoğunlukları iyi ısı iletkenlikleri ve yüksek erime-kaynama sıcaklıklarıyla tanınırlar. Özellikle sertlikleri nedeniyle saf halde ya da alaşım halinde yapı malzemesi olarak kullanılırlar. Geçiş elementlerinin hepsi elektron dizilimlerinde en dışta her zaman d orbitalinde elektron taşırlar. Tepkimelere giren elektronlar da d orbitalindeki elektronlardır. Geçiş metalleri sıklıkla birden fazla yükseltgenme basamağına sahiptir. Çoğu asit çözeltilerinde hidrojenle yer değiştirecek kadar elektropozitiftir. İyonları renkli olduğu için analizlerde kolay ayırt edilirler.
4. Lantanidler:
Geçiş metallerinin bir alt serini oluştururlar ve toprakta eser miktarda bulunmaları nedeniyle nadir toprak elementleri olarak da isimlendirilirler. En önemli ortak özellikleri elektron değişiminin yalnızca 4f orbitaline elektron katılımıyla gerçekleşmesidir. Özellikle +3 değerlikli hallerinde birbirlerine çok benzeyen özellikler gösterirler. Kuvvetli elektropozitif olmaları nedeniyle üretilmeleri zordur. Çoğunun iyon hallerinin karakteristik renkleri vardır.
5. Aktinidler:
Bu elementlerin en önemli ortak özelliği elektron katılımının 5f orbitalinde gerçekleşmesidir. Geçiş metallerinin bir alt serisi konumundadırlar ve doğada çok ender bulunabilirler.
6. Transaktinidler:
Aktinidleri takip eden elementlere bu ad verilir. Uranyumdan daha büyük olan bu elementler yalnızca nükleer reaktörlerde ya da parçacık hızlandırıcılarda elde edilebilirler. Geçiş elementlerinin bir alt bölümüdürler. Metaller ya da ametaller arasındaki yerleri kesin olarak belirlenememiştir.
7. Ametaller:
metal özelliği göstermeyen elementlerdir. metaller çözeltilerde katyonları (pozitif yüklü iyonları) oluştururken ametaller anyon (negatif yüklü iyon) oluşturma eğilimindedir. Metallerin aksine iyi iletken değillerdir ve elektronegatiflikleri çok yüksektir. Metaller ve ametaller arasında özellikler gösteren bazı yarıiletken elementler metaloidler olarak da adlandırılır. Halojenler ve soygazlar da ametal doğadadır.
8. Halojenler:
Periyodik tablonun 7A grubunda bulunan tepkimeye eğilimli ametallerdir. Bu gruptaki elementlerin hepsi elektronegatiftir. Elektron alma eğilimi en yüksek olan elementlerdir. Doğada sert olarak değil mineraller halinde bulunurlar. Element halinde 2 atomlu moleküllerden oluşurlar. Oda koşullarında flor ve klor gaz brom sıvı iyotsa katı haldedir. Erime ve kaynama noktaları grupta aşağıdan yukarıya doğru azalır. Zehirli ve tehlikeli elementler olarak bilinirler.
9. Soygazlar:
Periyodik tablonun en son grubunu oluşturan tümü tek atomlu ve renksiz gaz halinde bulunan elementlerdir. En dış yörüngeleri elektronlarla tamamen dolu olduğu için son derece kararlıdırlar ve tepkimelere eğilimleri de çok düşüktür. Bu davranışları nedeniyle de soygaz adını almışlardır. Atmosferde bulunurlar ve sıvı havanın damıtılmasıyla elde edilirler. İlk keşfedilen soygaz hidrojenden sonra en hafif element olan helyumdur. Radon çekirdeği dayanıksız olan radyoaktif bir elementtir. Çok düşük olan erime ve kaynama noktaları grupta yukarıdan aşağıya gidildikçe yükselir. İyonlaşma enerjileri sıralarında en yüksek olan elementlerdir.
Maddenin temel birimi atomlar. Tek bir cins atomdan oluşmuş kimyasal tekniklerle ayrıştırılamayan ya da farklı maddelere dönüştürülemeyen saf maddelereyse element adı veriliyor. Dünya üzerinde bilinen elementlerin belirli bir şekilde yerleştirildiği sistem periyodik tablo olarak adlandırılıyor.
A.Elementlerin Sınıflandırılması
Doğada 89 element vardır.Laboratuvarda bugüne değin yapılmış olanlara bu sayı 112 ye çıkmıştır.Bunlar katı,sıvı ve gaz olabilirler.Doğada bulunan elementlerin 15 i oda sıcaklığında gaz,2 si sıvı geriye kalan 72 element ise katıdır.
Günümüzde elementlerin sınıflandırılması temelde iletkenliklerine dayandırılmaktadır.Buna göre melaller ısı ve elektriği iyi iletir,ametaller ise normal koşullarda iletken değildir.Bir kısım elementler ise ısı ve elektriği bir miktar iletirler,ancak iletkenlikleri metallerin tersine sıcaklıkla artar.Bunlara yarı metaller denir.
1. Metaller, Ametaller ve Yarı Metaller
A) Metaller: Doğada bulunan elementlerin büyük bir kısmını metaller oluşturur.
Metallerin Ortak Özellikleri
1.Işığı geçirmezler fakat metalik parlaklık gösterirler.
2.Dövülüp şekil verilebilir, tel ve levha haline getirilebilirler.
3.Isı ve elektriği iyi iletirler.
4.Yoğunlukları fazladır.
5.Oda sıcaklığında çoğu katıdır.
6.Bir kısmı paramanyetik özelliktedir. Manyetik alana doğru çekilen maddelere paramanyetik maddeler denir. Demir, kobalt, nikel ve bunların alaşımları,Fe3 O4, bazı bakır-mangan alaşımlar para manyetik maddelerden daha fazla çekildiklerinden ferromanyak maddeler denir.
7.Vurma ve çekmeye dayanıklıdırlar.
8.Metal atomlarının en dış yörüngelerinde az sayıda elektron bulunur ve bunlar serbest elektronlardır. Kimyasal tepkimelerde elektron vererek katyonları oluşturur. Ametallere iyonik bileşik oluştururlar. Kendi aralarında bileşik oluşturmazlar.
9.Moleküllü yapı göstermezler. Ametallerin yaptığı gibi iki yada daha fazla atomu bir araya gelerek bağımsız birimler oluşturmazlar. Doğada bileşik veya tek atomlu halde bulunurlar.
10.İyi indirgendirler.
11.İyonlaşma enerjileri düşüktür. Değerlik elektronlarını kolaylıkla verirler.
12.Oksitleri ve hidroksitleri bazik veya amfoter özellik gösterir. Metaller elektron verme yatkınlıklarına yeni yükseltgenme potansiyellerinin azalışına göre sıralanırsa aktiflik sırası elde edilir.
Metallerin aktifliğinin azalması demek, çözeltide pozitif iyon oluşturma eğiliminin azalması demektir.
Aktif olan metaller doğada çoğunlukla serbest helde bulunmazlar.Hidrojenden daha az aktif olan soymetaller ise doğada çoğunlukla serbest halde bulunurlar.Bakır,gümüş gibi bazı metaller hem serbest halde hem de bileşik halinde bulunurlar.
Yeryüzündeki metal ve metal bileşiklerinden oluşan,içlerindeki metal ekonomik olarak elde edilebilen doğal maddelere maden veya maden cevheri denir.
13.Aralarında alaşım oluştururlar. İki veya daha fazla metalin karıştırılmasıyla alaşımlar meydana gelir. Homojen alaşımlarda, farklı elementlerin atomları düzgün bir şekilde yerleşmiştir. Pirinç, bronz ve darphane alaşımları örnek verilebilir.
B) Ameteller
1.Oda koşullarında katı, sıvı ve gaz halinde bulunurlar.
2.Katı halde bulunan ametallerin yüzeyleri metalik parlaklık göstermez, mattır.
3.Katı halde kırılgandır. Dövülmeye, çekilmeye dayanıklı olmadıkları için tel ve levha haline getirilemez.
4.Elektrik akımını iletmezler. Karbonun allotroplarından olan grafit, elektrik akımını iyi iletir. Bir elementin farklı atom dizilişlerine sahip yapılarına, o elementin allotropları denir. Allotropların fiziksel farklı, kimyasal özellikleri aynıdır. Kimyasal özelliklerinden biri olan tepkimeye girme eğilimleri farklıdır.
Karbon elementlerinin allotropları, grafik ve elmastır.
5.Aralarında alaşım oluşturmazlar.
6.Kimyasal tepkimelerde elektron alabilir veya ortak kullanabilirler.
7.Doğada moleküller yapılı halde bulunurlar. Kendi atomları arasında elektron ortaklığı yaparak iki veya daha fazla atomlu moleküller oluştururlar.
H2,F2, CI2, N2, O2, P2, O3, S8 gibi.
8.Ametallerin oksitlerinin sulu çözeltisi genellikle asidiktir.
CO2, SO2, SO3, N2, O5, P2, O5 gibi.
9.Aralarında bileşik oluştururlar.


Metaller
1.Isı ve elektriği iyi iletirler.
2.İşlenebilirler.
3.Metalik parlaklıkları vardır.
4.Aralarında alaşım oluştururlar.
5.Oda koşulunda civa hariç katı halde
bulunurlar.
6.Bileşik oluştururken elektron verirler.
7.Aralarında bileşik oluşturmazlar.
8.Oksitlerinin sulu çözeltisi baziktir.
9.Moleküllü yapı göstermezler.


Ametaller
1.Isı ve elektriği iletmezler.
2.İşlenemezler.
3.Katı halde mattırlar.
4.Aralarında alaşım oluştururlar.
5.Oda koşullarında katı, sıvı ve gaz halinde bulunurlar.
6.Bileşik oluştururken elektron alırlar veya elektronları ortak kullanırlar
7.Aralarında bileşik oluştururlar.
8.Oksitlerinin sulu çözeltisi asidiktir.
9.Moleküllü yapı gösterirler.
C) Yarı metaller: Görünüşü ve bazı özellikleri açısından metallere benzerse de kimyasal olarak bir ametal gibi davranırlar.
Yarımetallerin elektrik akımı iletkenlikleri düşüktür. Yarımetallere silisyum, germanyum, arsenik, antimon, tellur ve polonyum verebilirler.
2. Periyodik Cetvel
1869 yılında Alman Lother Mayer ve Rus Dimitri Mondeleev birbirinden habersiz olarak elementlerin artan atom kütlelerine göre sıralanması halinde düzenli olarak tekrarlanan özelliklerin gözlenebildiğini keşfettiler. Mendeleev bu gözlemlere periyodik kanun adını verdi.
Mendeleev in düzenlediği cetvelde bir problem ortaya çıktı. Bağıl kütlelerin artışına göre yapılan cetvelde bazı elementler aykırılık oluşturdu. Örneğin argon düşünüldüğünde, kütlesi ile yerleşimi birbirine uymuyordu. Bağıl kütlesi 40 idi ve kalsiyum ile aynısıydı. Argon bir asal gaz iken, kalsiyum aktif bir metaldi. Bu ve buna benzer durumlar bağıl atom kütlelerinin sınıflandırmada esas alınmasında şüpheler uyandırdı.
Yirminci yüzyıl başlarında Henry Mosley araştırma sonucunda periyodik cetvelin, bağıl atom kütleleri yerine atom numaralarına göre düzenlenmesi gerektiğini ortaya koydu.
Elementleri özelliklerindeki benzerliklerine göre sınıflandıran çizelgeye periyodik cetvel veya periyodik tablo denir.
Periyodik cetvelin yatay sıralarına periyot denir. Periyotlar enerji seviyelerini temsil eder. Temel elektron dizilişinde elektron içeren enerji seviyeleri eşit olan elementler atom numaralarının artışına göre sıralanarak periyotlar oluşmuştur.
Periyodik cetvelin düşey sütunlarına grup denir. Gruplar değerlik elektron sayısını temsil eder. A ve B olmak üzere iki tür grup bulunmaktadır.
Periyodik cetvel periyotlar ve gruplar dışında dört ana bloğa ayrılmıştır. Bunlar s,p,d ve f bloklarıdır. Temel Elektron dizilişleri s ile biten elementler s bloğunda (He hariç), p ile bitenler p bloğunda, d ile bitenler d bloğunda ve f ile bitenler f bloğunda yer alır.