Periyodik Tablo

1. PERĐYODĐK ÇĐZELGE
Yrd.Doç.Dr. İbrahim İsmet ÖZTÜRK

2. 8.1. PERĐYODĐK ÇĐZELGENĐN GELĐŞMESĐ
8.2. ELEMENTLERĐN PERĐYODĐK SINIFLANDIRILMASI
Katyon ve Anyonların Elektron Dağılımları
8.3.FĐZĐKSEL ÖZELLĐKLERDEKĐ PERĐYODĐK DEĞĐŞĐMLER
Etkin Çekirdek Yükü
Atom Yarıçapları
Atom Yarıçapları
Đyon Yarıçapı
8.4. ĐYONLAŞMA ENERJĐSĐ
8.5. ELEKTRON ĐLGĐSĐ
8.6. BAŞ GRUP ELEMENTLERĐ VE SOYGAZLARIN
KĐMYASAL ÖZELLĐKLERĐ

3. 8.1. PERĐYODĐK ÇĐZELGENĐN GELĐŞMESĐ
Đlk olarak 1864 yılında Đngiliz kimyacı John Newlands, bilinen
elementlerin atom kütlelerine göre sıraya dizildiklerinde, her 8 elementin benzer
özelliklere sahip olduğunun farkına vardı fakat ortaya koyduğu bu yasanın
kalsiyumdan sonraki elementler için yetersiz olduğu ortaya çıktı. Beş yıl sonra Rus
kimyacı Dimitri Mendelyev ve Alman kimyacı Lothar Meyer, birbirlerinden
kimyacı Dimitri Mendelyev ve Alman kimyacı Lothar Meyer, birbirlerinden
bağımsız olarak, elementler için çok geniş ve kapsamlı bir çizelge önerdiler.
Mendelyev’in sınıflandırması, iki nedenden ötürü Newlands’ın kine göre daha
üstündü. Birincisi, Mendelyev elementleri özelliklerine göre çok doğru şekilde
gruplandırmıştı. Đkincisi ise, henüz keşfedilmemiş bazı elementlerin özelliklerini
tahmin etmişti.

4. 8.2. ELEMENTLERĐN PERĐYODĐK SINIFLANDIRILMASI
Periyodik çizelge hidrojenle başlar ve alt kabuklar sırayla dolar. Dolmaya
başlayan alt kabuğun tipine göre elementler; baş grup elementleri, soy gazlar, geçiş
elementleri, lantanitler ve aktinitler gibi sınıflara ayrılırlar. Baş grup elementleri 1A
ve 7A grubuna kadar olan elementleri içerir ve bu elementlerin hepsinde, en yüksek
baş kuantum sayısının s ve p alt kabukları tam olarak dolmamıştır. Helyumu
baş kuantum sayısının s ve p alt kabukları tam olarak dolmamıştır. Helyumu
saymazsak, soy gazların hepsinde (8A grubu) p alt kabuğu tam olarak dolmuştur.
Geçiş metalleri yada geçiş elementleri 1B deki ve 3B den 8B ye kadar olan
elementlerdir. Bunlar ya tam dolmamış ya da iyonlarında tam dolmamış d alt
kabuğu taşırlar. 2B grubu elementleri Zn, Cd ve Hg dır. Bunlar ne baş grup
elementi nede geçiş metalidir. Lantanitler ve aktinitler f alt kabukları tam dolu
olmadığı için, f-bloğu geçiş elementleri olarak adlandırılırlar.

5. 1A grubu elementlerinin her biri bir soy gaz çekirdeğine ve bir ns1 dış
elektron dağılımına sahiptir. Benzer şekilde 2A metalleri de bir soy gaz çekirdeğine
ve bir ns2 dış elektron dağılımına sahiptir. Bir atomun dış elektronları genellikle
değerlik elektronları adını alır.

8. Baş Grup Elementlerinden Türemiş Đyonlar
Katyon ve Anyonların Elektron Dağılımları
Bir çok iyonik bileşik, tek atomlu anyonlar ve/veya katyonlardan oluşur.
Đyonların elektron dağılımını yazmak istediğimizde nötür atomlar için
kullandığımız yöntemi biraz değiştirmemiz gerekir. Đyonları iki grupta
inceleyebiliriz.
Bu elementlerin nötür atomlarından bir katyon oluşurken, en yüksek n
sayısına sahip tabakadan bir yada daha fazla elektron uzaklaşır.

9. Anyon oluşumunda ise, en yüksek n sayısına sahip elektron tabakasına bir yada
daha fazla elektron gelir.
Aynı sayıda elektrona sahip atomlar ile iyonlar veya aynı sayıda elektrona
sahip olan iyonların temel haldeki elektron dağılımları aynıdır. Elektron sayıları eşit
olan bu gibi atom veya iyonlara izoelektronik denir. Örneğin F-, Na+ ve Ne
izoelektroniktir.

10. Geçiş Metallerinden Türemiş Katyonlar
Bir önceki derste ilk sıradaki geçiş metallerinde, 3d orbitallerinden önce
daima 4s orbitallerinin dolduğunu gördük. Mangan elementini göz önüne alırsak,
elektron dağılımı [Ar]4s23d5 dir. Mn2+ iyonu oluştuğu zaman, oluşan iyonun
elektron dağılımının [Ar]4s23d3 olacağını bekleriz. Halbuki, Mn2+ iyonunun
elektron dağılımı [Ar]3d5 dir. Mn da 3d orbitallerinden önce daima 4s orbitalleri
doluyor olmasına karşın, Mn2+ iyonu oluşurken 3d orbitali 4s orbitalinden daha
kararlı olduğu için, elektronlar 3d orbitalinden değil, 4s orbitalinden uzaklaşır. Bu
nedenle, bir geçiş metali atomundan bir katyon oluştuğu zaman elektronlar daima
önce ns orbitalinden ve daha sonra (n-1)d orbitalinden uzaklaşır.

11. 8.3.FĐZĐKSEL ÖZELLĐKLERDEKĐ PERĐYODĐK
DEĞĐŞĐMLER
Etkin Çekirdek Yükü
Bir önceki konuda, çok elektronlu atomlarda çekirdeğe yakın elektronların
dış kabuk elektronları üzerine perdeleyici etkileri olduğunu belirtmiştik. Perdeleyici
elektronların varlığı, çekirdekteki pozitif yüklü protonlarla dış elektronlar
arasındaki elektrostatik çekimi zayıflatır.
Etkin çekirdek yükü (Zetkin), bir elektron tarafından hissedilen yüktür ve
Etkin çekirdek yükü (Zetkin), bir elektron tarafından hissedilen yüktür ve
formülü ile verilir. Burada Z gerçek çekirdek yüküdür yani elementin atom
numarasıdır ve σ (sigma) perdeleme sabiti olarak bilinir. Perdeleme sabiti sıfırdan
büyük Z den küçüktür.
Atom Yarıçapları
Atomun yarıçapı, komşu iki metal atomunun çekirdekleri arasındaki
uzaklığın yarısıdır.

12. Etkin çekirdek yükü arttığında çekirdeğin elektronlar üzerine uyguladığı
kuvvet de artar ve atom yarıçapları küçülür. Örneğin Li dan F a kadar olan
elementleri göz önüne alalım. Soldan sağa doğru ilerlediğimizde çekirdek yükü
artarken iç kabuktaki (1s2) elektron sayısının sabit kaldığı görülür.
Artan çekirdek yükü nedeniyle çekirdeğe eklenen elektronlar aynı kabukta
olduklarından, birbirlerini etkin bir şekilde perdelemezler. Sonuç olarak baş
kuantum sayısı sabit kalırken etkin çekirdek yükü düzenli olarak artar. Etkin
kuantum sayısı sabit kalırken etkin çekirdek yükü düzenli olarak artar. Etkin
çekirdek yükü artarken de doğal olarak atom yarıçapı düzenli bir şekilde azalır.

13. Bir grup içerisindeki elementlerde atom numarası arttıkça
atom yarıçapıda artar. 1A grubundaki alkali metallerde en dıştaki
elektronlar ns orbitalinde bulunurlar. Artan baş kuantum sayısı n ile
birlikte, orbital hacimleride arttığı için Li dan Cs a doğru metal
atomlarının hacmi de artar. Hacminin artmasıda atom yarıçapının
artması demektir.

14. Đyon Yarıçapı
Đyon yarıçapı; bir katyon veya bir anyonun yarıçapıdır. Nötür bir atom bir
iyona dönüştüğünde hacminin değişmesi beklenir. Eğer atomdan bir anyon oluşursa
yarıçapı artar, çünkü çekirdek yükü aynı kalırken gelen elektron veya elektronların
neden olduğu itme kuvvetleri elektron bulutunun hacmini genişletir. Diğer taraftan,
atomdan bir veya daha fazla elektron uzaklaşırsa, elektron itmesi azalır, ancak
çekirdek yükü aynı kaldığından elektron bulutu büzülür ve katyonun hacmi
çekirdek yükü aynı kaldığından elektron bulutu büzülür ve katyonun hacmi
atomdan daha küçük olur.
Farklı gruplardaki elementlerden türemiş olan iyonlar, eğer izoelektronik
iseler, hacimleri karşılaştırılabilir. Đzoelektronik iyonlarda katyonlar anyonlardan
daha küçük hacme sahiptir. Örneğin Na+ iyonu F- dan daha küçüktür. Bu iyonların
her ikisi de aynı sayıda elektrona sahiptir fakat Na+ (Z = 11), F- (Z = 9) dan daha
fazla protona sahiptir. F- un yarıçapının büyük olmasının nedeni Na+ nın sahip
olduğu büyük etkin çekirdek yüküdür.

17. 8.4. ĐYONLAŞMA ENERJĐSĐ
En dıştaki elektronların kararlılığı doğrudan atomun iyonlaşma enerjisi ile
bağlantılıdır. Đyonlaşma enerjisi, gaz halindeki bir atomun temel halinden bir
elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan minimum enerjidir. Atomlar gaz fazında
olması gerekir. Çünkü gaz halindeki atomlar çevresindeki komşu atomlardan ve
moleküller arası kuvvetlerden hemen hemen hiç etkilenmezler. Bu koşullarda
ölçülen enerji miktarı iyonlaşma enerjisidir.
ölçülen enerji miktarı iyonlaşma enerjisidir.
Đyonlaşma enerjisinin büyüklüğü atomdaki elektronun ne kadar sıkı
tutulduğunun bir ölçüsüdür. Đyonlaşma enerjisi yüksek ise elektronu atomdan
uzaklaştırmak son derece zordur. Çok elektronlu bir atomda, atomun temel halinden
ilk elektronu uzaklaştırmak için gerekli olan enerjinin miktarı birinci iyonlaşma
enerjisi (I1) olarak tanımlanır.

18. Đkinci iyonlaşma enerjisi (I2) ve üçüncü iyonlaşma enerjisi (I3) aşağıdaki eşitlikte
gösterilmiştir.
Bir atomdan bir elektron uzaklaştığı zaman, kalan elektronlar arasında
itme kuvveti azalır. Çekirdek yükü sabit kaldığından, pozitif yüklü iyondan başka
bir elektronu uzaklaştırmak için daha fazla enerji gerekir. Bu nedenle, iyonlaşma
bir elektronu uzaklaştırmak için daha fazla enerji gerekir. Bu nedenle, iyonlaşma
enerjisi yandaki sırayla değişir.
Đyonlaşma daima endotermik (ısı alan) bir işlemdir. Elementlerin birinci
iyonlaşma enerjilerinin bir periyotta atom numarasıyla birlikte arttığına dikkat
edilmelidir. Bunun nedeni, etkin çekirdek yükünün soldan sağa doğru artmasıdır.
Etkin çekirdek yükünün büyük olması, dış elektronun çok sıkı tutulduğu anlamına
gelir. Soy gazların iyonlaşma enerjileri çok yüksektir ve sebebi temel haldeki
elektron dağılımlarının çok kararlı olmasıdır.

19. 1A grubu elementlerinin birinci iyonlaşma enerjileri çok düşüktür. Bu
elementler birer değerlik elektronuna sahiptir ve bu elektron tamamen dolu olan iç
kabuklardaki elektronlar tarafından etkili bir şekilde perdelenir. Bu nedenle, dış
kabuktaki bu elektron, kolayca uzaklaştırılabilir ve atom tek pozitif yüklü iyona
dönüşür.

21. 8.5. ELEKTRON ĐLGĐSĐ
Elektron ilgisi, gaz halindeki bir atomun bir elektron alarak anyona
dönüştüğünde meydana gelen enerji değişimi, olarak tanımlanır. Đşareti negatiftir.
Gaz halindeki bir flor atomunun bir elektron almasıyla oluşan tepkimeyi
inceleyecek olursak;
Florun elektron ilgisinin değeri +328 kJ/mol olarak gösterilir. Bir
elementin elektron ilgisinin değeri çok pozitif ise elektron kabul etme eğilimi
büyük demektir. Elektron ilgisi bir başka şekilde de; anyondan bir elektron
koparmak için gerekli olan enerji miktarı olarak tanımlanır. Florür için aşağıdaki
denklem yazılabilir;

22. Đyonlaşma enerjisinin değerinin yüksek olması, atomdaki elektronun çok
kararlı olduğunu, elektron ilgisinin değerinin pozitif olması da, negatif iyonun çok
kararlı olduğunu, yani atomun elektronu almaya karşı çok istekli olduğunu belirtir.
Periyod boyunca soldan sağa doğru elektron ilgisinin arttığı görülmektedir.
Grup içerisinde elektron ilgilerinin değişimi genellikle küçüktür. 7A grubu
elementleri, yani halojenler, en yüksek elektron ilgisine sahiptir. Çünkü halojen
atomu bir elektron kazandığında hemen sağındaki soy gazın kararlı elektron
atomu bir elektron kazandığında hemen sağındaki soy gazın kararlı elektron
dağılımına sahip olur.
Oksijen atomunun elektron ilgisi pozitiftir (141 kJ/mol), yani ekzotermik
bir tepkimedir. Tepkimenin denklemi şöyle yazılabilir:
Diğer yandan O- iyonunun elektron ilgisi son derece negatiftir (-780 kJ/mol) ve
tepkime denklemi;

23. O2- iyonu bir soy gaz olan Ne ile izoelektronik olmasına rağmen, endotermiktir. Bu
tepkime gaz fazında oluşmaya yatkın değildir, çünkü ilave olarak gelen elektronla,
mevcut elektron arasındaki itme sonucu meydana gelen kararsızlık, soy gaz
yapısına ulaşmakla kazanılan kararlılıktan daha büyüktür. O2- gaz fazında kararsız
olmasına karşın, katı iyonik bileşiklerde, örneğin, Li2O, MgO vb. oldukça kararlı
bir iyondur. Katı bileşiklerdeki O2- iyonu komşu katyonlar tarafından kararlı hale
getirilir.

25. 8.6. BAŞ GRUP ELEMENTLERĐ VE SOYGAZLARIN
KĐMYASAL ÖZELLĐKLERĐ
Hidrojen (1s1)
Periyodik çizelgede hidrojen için uygun bir konum yoktur. Hidrojen
geleneksel olarak 1A grubunda gösterilse de, aslında kendi başına bir grup olabilir.

26. 1A Grubu Elementleri (ns1, n≥2)
Bu grup elementler alkali metaller olarak bilinir. Đyonlaşma enerjileri
düşüktür. Yaptıkları bileşiklerin büyük çoğunda 1+ yüklü iyonlar oluştururlar.
Doğada asla saf halde bulunmazlar. Suyla tepkimeye girerek hidrojen gazı ve
karşılık gelen metal hidroksitleri verirler. Hava ile temas ettikleri zaman oksijenle
birleşerek oksitlerini oluştururlar.

28. 2A Grubu Elementleri (ns2, n≥2)
Toprak alkali metalleri olarak bilinirler. Alkali metallere göre etkinlikleri
biraz azdır. Birinci ve ikinci iyonlaşma enerjileri Berilyumdan Baryum’a doğru
azalır. Toprak alkali metaller M2+ iyonlarını oluşturma eğilimindedirler. Berilyum
su ile tepkimeye girmezken, magnezyum su buharı ile tepkimeye girer. Buna
karşılık kalsiyum, stronsiyum ve baryum soğuk suda bile tepkimeye girer. Toprak
alkali metallerin oksijene karşı olan etkinlikleri Berilyum’dan Baryum’a doğru
artar.

30. 3A Grubu Elementleri (ns2 np1 , n≥2)
3A grubunun ilk üyesi olan Bor yarı metal, diğer üyeleri metaldir. Bor
ikili iyonik bileşikler oluşturmaz, oksijen gazı ve su ile tepkime vermez.
Aluminyum havada bırakıldığında kolayca aluminyum oksit bileşiğini oluşturur.
Aluminyum yalnızca 3+ yüklü iyonlar oluşturur. 3A grubunun diğer elementleri ise
hem 1+ hem de 3+ yüklü iyonlar oluşturur.

32. 4A Grubu Elementleri (ns2 np2 , n≥2)
Karbon bir ametaldir. Silisyum ve Germanyum ise yarı metaldir. Kalay
ve Kurşun ise metaldir. 4A grubu elementleri hem 2+ hem de 4+ yükseltgenme
basamağına sahip bileşikleridir.

34. 5A Grubu Elementleri (ns2 np3 , n≥2)
Azot ve fosfor ametal, arsenik ve antimon yarı metal, bizmut ise metaldir.
Bu yüzden grup içinde elementlerin özelliklerinde büyük değişimler beklenebilir.

36. 6A Grubu Elementleri (ns2 np4 , n≥2)
Oksijen, Kükürt ve Selenyum ametal, Tellür ve Polonyum yarı metaldir.
Oksijen iki atomlu bir gazdır. Elementel kükürt ve selenyumun molekül formülleri
S8 ve Se8 dir. Tellür ve Polonyum kristal yapılar oluştururlar. Polonyum radyoaktif
bir element olduğu için laboratuarda çalışılması zordur.

38. 7A Grubu Elementleri (ns2 np5 , n≥2)
7A grubu elementleri halojenürlerdir ve tümü ametaldir. X2 genel formülü
ile gösterilirler. Etkinlikleri çok yüksek olduğundan doğada asla element halde
bulunmazlar. 7A grubunun son elementi olan Astatin rodyoaktif bir elementtir ve
özellikleri hakkında çok az şey bilinmektedir. Halojenlerden türeyen anyonlar
halojenürlerdir.

40. 8A Grubu Elementleri (ns2 np6 , n≥2)
Soy gazlar olarak bilinirler. Tamamı tek atomlu halde bulunur.
Atomlarında ns ve np alt kabukları tamamen doludur ve bu doluluk kararlı
olmalarını sağlar. 8A grubunun iyonlaşma enerjileri bütün elementler arasında en
yüksek değerlere sahiptir.