Periyodik Sistem

Bilim insanları, doğada bulunan elementleri daha kolay inceleyebilmek, özelliklerini sınıflandırabilmek ve aralarındaki ilişkileri keşfedebilmek amacıyla tarih boyunca birçok çalışma yapmışlardır. Tıpkı bir kütüphanede kitapların türlerine veya yazarlarına göre dizilmesi, ya da bir markette ürünlerin belirli reyonlarda gruplandırılması gibi, elementlerin de belirli kurallara göre dizilmesi gerekmiştir. Bu dizilim ve sınıflandırma çabalarının sonucunda bugün kimya biliminin temelini oluşturan Periyodik Sistem (Periyodik Tablo) ortaya çıkmıştır.

Periyodik Sistemin Tarihsel Gelişimi

Periyodik tablonun günümüzdeki kusursuz yapısına ulaşması, farklı bilim insanlarının yıllar süren gözlem ve deneylerinin birikimiyle mümkün olmuştur.

• Johann Döbereiner (1829): Elementleri sınıflandırmak için ilk sistemli çalışmayı yapan bilim insanıdır. Benzer özellik gösteren elementleri üçlü gruplar (triadlar) halinde sınıflandırmıştır. Örneğin; lityum, sodyum ve potasyumun benzer kimyasal özellikler gösterdiğini fark etmiş ve bunları bir grup olarak ele almıştır.
• A.E. Béguyer de Chancourtois (1862): Elementleri dikey bir silindir etrafında sarmal bir şekilde, atom ağırlıklarına göre sıralamıştır. Bu modelde, benzer özellik gösteren elementlerin alt alta geldiğini gözlemlemiştir.
• John Newlands (1864): O zamana kadar bilinen 62 elementi atom ağırlıklarına göre sıralamış ve her sekizinci elementin birinciye, dokuzuncunun ikinciye benzediğini fark etmiştir. Bu duruma müzikteki notalardan esinlenerek "Oktavlar (Sekizliler) Kuralı" adını vermiştir.
• Dimitri Mendeleyev ve Lothar Meyer (1869): Birbirlerinden habersiz olarak aynı dönemde periyodik sistem üzerine çalışmışlar ve benzer sonuçlara ulaşmışlardır. Lothar Meyer elementleri fiziksel özelliklerine göre sıralarken, Dimitri Mendeleyev atom ağırlıklarına göre sıralamıştır. Mendeleyev'in oluşturduğu tablo günümüzdeki periyodik tabloya en yakın olanıdır. Mendeleyev, tablosunda o dönemde henüz keşfedilmemiş elementler için boşluklar bırakmış ve bu elementlerin özelliklerini büyük bir isabetle tahmin etmiştir. Bu durum onun ne kadar büyük bir vizyona sahip olduğunu gösterir.
• Henry Moseley (1913): X-ışınları ile yaptığı deneyler sonucunda elementlerin özelliklerinin atom ağırlıklarına değil, atom numaralarına (proton sayılarına) bağlı olduğunu ispatlamıştır. Günümüzde kullandığımız periyodik sistem Moseley'in bu keşfine dayanarak, elementlerin artan atom numaralarına göre düzenlenmiştir.
• Glenn Seaborg: Periyodik tablonun en altında yer alan Lantanitler ve Aktinitler serisini tablonun dışına taşıyarak, periyodik sisteme son şeklini vermiştir.

Periyodik Sistemin Yapısı ve Özellikleri

Günümüzde kullandığımız periyodik sistem, elementlerin artan atom numaralarına (proton sayılarına) göre sıralandığı ve benzer kimyasal özellik gösteren elementlerin alt alta geldiği bir tablodur. Bu tabloda yatay sıralara ve dikey sütunlara özel isimler verilir.

Periyotlar

Periyodik sistemdeki yatay sıralara periyot denir. - Periyodik sistemde toplam 7 tane periyot bulunur. - Aynı periyotta bulunan elementlerin yörünge (katman) sayıları birbirine eşittir. - Bir periyotta soldan sağa doğru gidildikçe atom numarası, proton sayısı ve elektron sayısı artar; ancak katman sayısı değişmez. - 1. periyot sadece 2 element (Hidrojen ve Helyum) içerirken, diğer periyotlar daha fazla element barındırır. En alt kısımda ayrı olarak gösterilen Lantanitler ve Aktinitler sırasıyla 6. ve 7. periyotun birer parçasıdır.

Gruplar

Periyodik sistemdeki dikey sütunlara grup denir. - Periyodik sistemde 8 tane A grubu, 10 tane B grubu olmak üzere toplam 18 tane grup bulunur. - Aynı grupta bulunan elementlerin kimyasal özellikleri genellikle birbirine benzerdir. Çünkü son katmanlarındaki elektron sayıları (değerlik elektron sayıları) genellikle aynıdır. - Aynı grupta yukarıdan aşağıya doğru inildikçe atom numarası, yörünge (katman) sayısı ve atom hacmi artar.

Bazı A gruplarının özel isimleri şunlardır: - 1A Grubu: Alkali Metaller (Hidrojen hariç hepsi metaldir) - 2A Grubu: Toprak Alkali Metaller - 7A Grubu: Halojenler - 8A Grubu: Soygazlar (Asal Gazlar)

Elementlerin Sınıflandırılması

Periyodik sistemde elementler gösterdikleri fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre Metaller, Ametaller, Yarı Metaller ve Soygazlar olmak üzere dört ana grupta sınıflandırılırlar.

1. Metaller

Periyodik tablonun sol tarafında ve orta kısmında geniş bir alan kaplarlar. (Hidrojen istisnadır, 1A grubunda olmasına rağmen bir ametaldir). - Yüzeyleri: Parlaktır, ışığı yansıtırlar. - Hâl: Cıva hariç hepsi oda sıcaklığında katı hâldedir. (Cıva sıvıdır). - İşlenebilirlik: Tel ve levha hâline getirilebilirler (esnektirler, kırılgan değildirler). - İletkenlik: Isı ve elektriği çok iyi iletirler. - Kimyasal Özellik: Kendi aralarında bileşik oluşturamazlar, sadece alaşım adı verilen homojen karışımları oluştururlar. Ametallerle elektron alışverişi yaparak iyonik bağlı bileşikler oluştururlar. Elektron vermeye yatkındırlar (katyon oluştururlar).

2. Ametaller

Periyodik tablonun sağ tarafında bulunurlar. (Hidrojen sol tarafta, 1A grubunun en üstündedir). - Yüzeyleri: Mattır, ışığı iyi yansıtmazlar. - Hâl: Oda sıcaklığında katı (karbon, kükürt), sıvı (brom) veya gaz (oksijen, azot) hâlinde bulunabilirler. - İşlenebilirlik: Katı olanları kırılgandır, bu yüzden tel veya levha hâline getirilemezler. - İletkenlik: Isı ve elektriği iyi iletmezler (yalıtkandırlar). (Grafit hariç). - Kimyasal Özellik: Kendi aralarında kovalent bağlı, metallerle ise iyonik bağlı bileşikler oluşturabilirler. Elektron almaya yatkındırlar (anyon oluştururlar).

3. Yarı Metaller

Metallerle ametaller arasındaki sınırda bulunurlar (Bor ve Silisyum en çok bilinenleridir). - Fiziksel özellikleri bakımından metallere, kimyasal özellikleri bakımından ise ametallere benzerler. - Yüzeyleri parlak veya mat olabilir. - Oda sıcaklığında katı hâldedirler. - İşlenebilirler, tel ve levha hâline getirilebilirler. - Isı ve elektrik iletkenlikleri metallerden az, ametallerden ise fazladır. Elektronik devre elemanlarında (diyot, transistör) çok sık kullanılırlar.

4. Soygazlar (Asal Gazlar)

Periyodik tablonun en sağında, 8A grubunda bulunurlar. Aslında ametallerin özel bir grubudurlar. - Oda sıcaklığında tamamı tek atomlu (monokatomik) gaz hâlinde bulunurlar. - Kararlı bir elektron dizilimine sahiptirler (son yörüngeleri tam doludur: Helyum'un 2, diğerlerinin 8 değerlik elektronu vardır). - Bu kararlı yapılarından dolayı kimyasal reaksiyona girme istekleri yoktur, bağ yapmazlar ve bileşik oluşturmazlar. - Erime ve kaynama noktaları oldukça düşüktür.

Atom Numarası ve Katman-Elektron Dizilimi

Bir elementin periyodik tablodaki yerini bulmak için atom numarası (proton sayısı) kullanılır. Elektron dizilimi kuralları: - 1. katman en fazla 2 elektron, - 2. katman en fazla 8 elektron, - 3. katman en fazla 8 elektron alır.

Yer Bulma Kuralı: - Katman Sayısı: Bize elementin periyot numarasını verir. - Son Katmandaki Elektron Sayısı (Değerlik Elektron Sayısı): Bize elementin A grubu numarasını verir. (Helyum hariç; Helyum'un son yörüngesinde 2 elektron vardır ancak 8A grubunda yer alır çünkü kararlıdır).

Örnek 1: Oksijen ($^{8}\text{O}$) Katman dizilimi: 2) 6) 2 katmanı var $\rightarrow$ 2. Periyot Son katmanında 6 elektron var $\rightarrow$ 6A Grubu

Örnek 2: Sodyum ($^{11}\text{Na}$) Katman dizilimi: 2) 8) 1) 3 katmanı var $\rightarrow$ 3. Periyot Son katmanında 1 elektron var $\rightarrow$ 1A Grubu

Periyodik sistem, doğadaki maddelerin kimyasal davranışlarını anlamamız, yeni bileşiklerin özelliklerini öngörebilmemiz ve endüstriyel üretim süreçlerini tasarlayabilmemiz için vazgeçilmez bir kılavuzdur.