PERİYODİK CETVELİN TARİHÇESİ
Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki benzerliklerin araştırılması fizik ve kimyacıları tarih boyunca ilgilendirmiştir.
Gerçi benzer özelliklerindeki elementlerin sıralanabilmesi için bilinen elementlerin özelliklerinin öncelikle ortaya konulması gerekir. Altın,gümüş,kalay,bakır,kurşun ve cıva gibi elementler eski çağlardan beri biliniyordu. Bir elementin ilk bilimsel olarak bulunması 1649 yılında Henning Brand’ın fosforu bulmasıyla başlar. Bundan sonraki 200 yıl boyunca elementler ve onların bileşikleri hakkında kimyacılar tarafından pek çok bilgi elde edildi. Bununla beraber 1869 yılına kadar toplam 63 element bulunabilmişti. Bilinen elementlerin sayısı arttıkça, bilim adamları elementlerin özelliklerinin belli kalıplara oturduğunu anlamaya başladılar.
1817 yılında Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) benzer kimyasal özelliklere sahip olan stronsiyum, kalsiyum ve baryuma bakarak, stronsiyumun atom ağırlığının kalsiyum ve baryum atom ağırlıklarının ortasında olduğuna dikkat çekti.
1829 ve 1858 yılları arasında bu konuda pek çok araştırma yapıldı. Bu sırada halojenler grubuna katıldı. Oksijen, kükürt, selenyum ve tellür bir grubun üyesi olarak düşünülürken azot, fosfor, arsenik, antimon ve bizmut başka bir grup içine yerleştirildiler.
Eğer bir periyodik tablo, elementlerin kimyasal ve fiziksel özelliklerini periyodik olarak gösteren bir çizelge olarak düşünülürse ilk periyodik tabloyu oluşturma şerfi Fransız bilim adamı A. E. Beguyer de Chancourtois’e düştü. De Chancourtois, silindirin çevresine 16 kütle yerleştirerek elementleri buraya oturttu. Benzer özellikteki elementler bu silindir üzerinde düşey satırlarda yer alıyordu. De Chancourtois, “Elementlerin özellikleri sayıların özellikleri ile ilişkilidir.” Dedi ve her yadi elementte bir özelliklerinin tekrarlandığının farkına vardı. Bu tablo kullanılarak birkaç metal oksidin stokiyometrisi önceden tanımlanabildi. Ne yazık ki bu cetvel üzerinde elementlerden başka bazı iyonlar da yer alıyordu.
İngiliz kimyacı John Newlands 1863 yılında yazdığı bir yazıda benzer fiziksel özelliklere göre elementleri 11 gruba ayırmıştı. Atom ağırlıkları sekizin katı kadar olan elementlerin özellikleri benzerdi. 1864 yılında yazılan bir yazıda Newlands bunu Oktav kanunu (Law of Octaves) olarak tanımladı. Bu kanuna göre herhangi bir element tablodaki sekizinci elementle benzerlik gösteriyordu.
Genelde periyodik tablonun babası olarak Alman bilim adamı Lother Meyer ve Rus bilim adamı Dimitri Mendeleyev kabul edilir. Her ikisi de birbirinden habersiz olarak
dikkate değer benzer sonüçlar ürettiler. Lother Meyer bilinen elementleri atom hacimlerine göre sıraladı.
1869’ Rus kimyacı Mendeleyev, o dönemde bilinen bütün elementleri atom kütlelerinin büyüklüğüne göre sıralayarak bir liste hazırladı. Mendeleyev, İngiliz kimyacı John Newlands’ın yaptığı araştırmalardan, benzer kimyasal ve fiziksel özelliklerin listede oldukça düzenli aralıklarla yineleneceğini biliyordu ve cetvelini de benzer özellikleri olan elementler alt alta gelecek biçimde hazırlamıştı. Cetvelinde bazı boşluklar kalmıştı, ama Mendeleyev bu boşlukların ileride bulunacak elementlerle dolacağını tahmin ediyordu; bu tahminde haklı da çıktı. Öte yandan Alman kimyacı Lothar Meyer de aynı sıralarda benzer buluşlar gerçekleştirdi.
1895 yılında Lord Rayleigh, kimyasal olarak yeni bir gazı (argon) keşfettiğini bildirdi. Bu element periyodik tabloda bilinen hiçbir yere oturtulamadı. 1898 yılında William Ramsey bu elementin klor ile potasyum arasında bir yere konulabileceğini önerdi. Helyum da aynı grubun bir üyesi olarak düşünüldü. Bu grup elementi değerliklerinin sıfır olması nedeniyle sıfır grubu olarak adlandırıldı. Mendeleyev’in periyodik tablosu her ne kadar elementlerin periyodik özelliklerini gösterse de neden özelliklerin tekrarlandığı konusunda herhangi bir bilgi vermemektedir.
1911 de Ernest Rutherford atom çekirdekleri alfa parçacıklarının saçılması nedeniyle çekirdek yükünün belirlenebileceğini gösterdi. Rutherford’un gösterdiği diğer bir şey bir çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğuydu. Yine 1911’de A. Van den Broek bir seri çalışmasıyla elementlerin atom ağırlıklarının atom üzerindeki yüke yaklaşık eşit olduğunu gösterdi. Bu yük daha sonra atom numarası olarak tanımlandı ve periyodik tablodaki elementleri yerleştirmede kullanıldı.
1913 de Henry Moseley bir grup elementin X-ışınlar spektrum çizgilerin dalga boylarını ölçerek atom numarası ve elementlerin X-ışınları dalga boylarının ilişkili olduğunu gösterdi. Bu çalışma Mendeleyev, Mayer ve diğerlerinin yaptığı gibi atom ağırlıklarını temel seçmedeki yanlışlığı gösteriyordu.
Fakat neden periyodik özellikler sorusunun yanıtı ise Niels Bohr’un elementlerdeki elektronik yapıyı incelemesiyle başlar denilebilir. Periyodik tablodaki en son büyük değişiklik, 20. yüzyılın ortalarında Glenn Seaborg’un çalışmasıyla ortaya çıktı. 1940’ta plutonyumu bulmasıyla başlayan araştırması, 94’ten 102’ye kadar olan tüm uranyum ötesi elementlerin bulmasıyla sürdü. Periyodik tablodaki lantanit serisinin altına aktinitler serisini yerleştirdi. 1951’de Seaborg bu çalışmaları ile kimyada Nobel ödülünü kazandı. 106 numaralı element seaborgium (Sg) olarak adlandırıldı.
PERİYODİK CETVELİN YAPISI
Mendeleyev’in hazırladığı ilk cetvelde 17 sütun vardı; ama cetvel daha sonraları yeniden gözden geçirildi ve sütun sayısı sekize indirildi. O zamandan bu yana yeni elementler bulundukça cetvel bir çok kez değişti. Şu an kullanılan periyodik cetvelde, her kareye bir elementin kimyasal simgesi yazılmıştır. Ayrıca simgesiyle birlikte yanında atom numarası da yer almaktadır. Cetvelde grup denilen 18 düşey sütun bulunmaktadır. Aynı gruptaki elementlerin benzer özellikleri vardır, çünkü bu elementlerin en dış elektron kabuklarında elektronlarının yerleşim düzeni birbirinin aynıdır. Bu benzerlikler yatay sıralar halinde, düzenli aralıklarla yinelenir; böyle yedi yatay sıra yani yedi periyot vardır.
Yatay sıralarda, yani her periyotta soldan sağa doğru gidildikçe atomların elektron sayısı artar. Bu artış genellikle dış kabuktaki elektron sayısında olur. Ama cetvelin orta bloğunda yer alan geçiş elementlerinde, bu artış dolmamış durumdaki iç kabuklarda olur. Geçiş elementlerinin daha içte kalan iki dizisine cetvelin altında yer verilmiştir.Lantanitler ya da azrak toprak metalleri bu dizinin 15 elementi kimyasal olarak birbirine çok benzer. Bu 15 element, doğada yalnızca başka elementlerle oluşturdukları kimyasal bileşikler halinde bulunur ve bu elementleri bileşiklerden ayırmak çok güçtür. Azrak toprak metallerinin bazılarına doğada çok ender rastlanır; ama bunlardan biri olan seryum (Ce), altın, gümüş ve kalaydan daha boldur. Aktinitler denen öbür dizinin elementleri radyoaktif elementlerdir. Aktinitlerden yalnızca dördü doğada bulunur; bunlardan biri de uranyumdur. Öbürleri ise laboratuarda başka elementlerin çekirdeklerinin yüksek enerjili parçacıklarla bombardıman edilmesi sonucu elde edilir; bu yolla elde edilen aktinitlerin biri de plütonyumdur. Uranyum ve plütonyum atom enerjisi üretiminde kullanılır. Atom numarası 92’den büyük olan elementlere uranyumötesi elementler denir.
Bugün biline yalnızca 109 element vardır; buna karşılık bileşik halinde bulunan madde sayısı çok daha fazladır. Bu nedenle elementler arasındaki bağlantıları gösteren bir cetvelin olması bilim adamlarına büyük yarar sağlar.
ALKALİ METALLER VE ÖZELLİKLERİ
Periyodik cetvelin birinci grubunda lityum, sodyum, potasyum, rubidyum, sezyum ve fransiyum elementleri bulunur.
Bu grup elementlerinin hidroksitleri kuvvetli baz özelliği gösterdiğinden, bazik anlamın gelen alkali metaller adıyla anılırlar.
* Alkali metaller, en dış orbitalleri olan küresel s orbitalinde bir değerlik elektronu taşırlar .
* Elektron sistemlerinin benzerliğinden, alkali metallerin bir çok özellikleri de birbirine benzer.
* Her biri, aynı periyotta bulunan diğer elementlere göre daha büyük atoma sahiptirler. Dış orbitaldeki tek elektronu kolaylıkla verip elektron sistemlerini asal gazlara benzeterek +1 değerlikli iyon (katyon) halinde bileşikler oluştururlar.
* Alkali metal atomlarında elektronlar, çekirdekten uzakta olduklarından koparılmaları kolay, iyonlaşma enerjileri düşük, düşük elektronegativiteli, dolayısıyla en kuvvetli elektropozitif elementlerdir. Işıklandırıldıklarında elektron yayabilirler. Bu sebepten potasyum ve sevyum foto-elektrik hücrelerde kullanılırlar.
* Alkali metallerin erime ve kaynama noktaları düşük olup, grupta aşağıya doğru inildikçe erime ve kaynama noktaları daha da düşer.
* Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktır.
* Elektrik akımını ve ısıyı iletirler.
* İlk kesildiklerinde yüzeyleri gümüş parlaklığındadır.
METALLER VE AMETALLER
AMETALLER
Metal özelliği göstermeyen elementlerdir. Metaller çözeltilerde katyonları oluştururken, ametaller anyon oluşturma eğilimindedir. Metallerin aksine iyi iletken değillerdir ve elektronegatifleri çok yüksektir. Metaller ve ametaller arasında özellikler gösteren bazı yarıiletken elementler metaloidler olarak adlandırılır.
Metaloidler
Periyodik tablonun 13-16. gruplarında yer alan elementlerin bazıları bu gruba girer. Değişken özellikler sergiler ve metallerle tepkirken ametal, ametallerle tepkirken de metal gibi davranırlar. Ayrıca yarıiletken özellikleri vardır.