Periyodik Özellikler

Mendeleyev, 1869'da elementleri atom kütlesi artışına göre sıraladığı bir periyodik tablo yayımladı. Elementleri atom kütlelerine göre sıraladığında iyot (I) tellürün (Te) üstünde yer almalıydı; ancak Mendeleyev bu iki elementin yerini değiştirdi, tellürü oksijen-kükürt-selenyum ile, iyodu ise flor-klor-brom ile aynı gruba yerleştirdi. Mendeleyev, tablosunda o dönemde bilinmeyen elementler için boşluklar bıraktı; örneğin çinkonun sağındaki boşluklara eka-alüminyum ve eka-silikon adlarını verdi ve bu elementlerin özelliklerini tahmin etti. 1875'te eka-alüminyum (galyum), 1886'da eka-silikon (germanyum) keşfedildiğinde, keşfedilen elementlerin gerçek özellikleriyle Mendeleyev'in tahminleri arasında çarpıcı bir benzerlik bulundu — örneğin germanyumun tahmin edilen atom kütlesi 72 u iken gözlenen değeri 72,6 u'ydu. Bu, periyodik tablonun elementlerin özelliklerini tahmin etmede ne kadar güçlü bir araç olduğunu gösteren tarihî bir kanıttır.

Atom Yarıçapı

Küre şeklinde olan atomun çekirdeği ile en dış kabuğu arasındaki mesafe atomun yarıçapını verir. Ancak elektronların bulunma olasılığının yüksek olduğu hacimsel bölgeler olan orbitallerin belirli bir sınırı olmadığı için bir atomun yarıçapı tam olarak ölçülemez; bu nedenle birbiriyle temas hâlinde veya bağ yapmış iki atomun çekirdeği arasındaki uzaklıklar ölçülerek atom yarıçapları hesaplanır.

Periyodik tabloda bir grupta yukarıdan aşağıya inildikçe atom yarıçapı artar (enerji seviyesi sayısı arttığından). Aynı periyotta soldan sağa gidildikçe elementlerin atom yarıçapı genellikle azalır (aynı enerji seviyesinde proton sayısı arttığından çekirdeğin çekim gücü elektronları daha sıkı tutar).

İyon Yarıçapı

Nötr bir atomdan katyon oluşumu sırasında (elektron kaybı) atom yarıçapı küçülür: elektron sayısı azalırken proton sayısı sabit kaldığından çekirdeğin kalan elektronlar üzerindeki çekim etkisi artar. Nötr bir atomdan anyon oluşumu sırasında (elektron kazanımı) atom yarıçapı büyür: elektron sayısı artarken proton sayısı sabit kaldığından elektronlar arası itme artar ve elektron bulutu genişler.

İzoelektronik atom ve iyonlarda (elektron sayısı ve dizilimi aynı, proton sayısı farklı taneciklerde) proton sayısı büyük olanın yarıçapı daha küçük olur — çünkü daha fazla proton, aynı sayıdaki elektronu daha kuvvetli çeker. Örneğin ₁₀Ne, ₉F⁻ ve ₁₂Mg²⁺ izoelektronik taneciklerinde yarıçaplar büyükten küçüğe F⁻ > Ne > Mg²⁺ şeklinde sıralanır, çünkü proton sayısı arttıkça (F: 9, Ne: 10, Mg: 12) elektronları çeken kuvvet artar ve yarıçap küçülür.

İyonlaşma Enerjisi

Gaz hâlindeki nötr bir atomdan elektron koparıp pozitif yüklü iyon oluşturmak için gerekli olan enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. Nötr bir atomdan katyon oluşum süreci endotermik (ısı alan) bir olaydır. Gaz hâlindeki nötr bir X atomundan bir elektron koparmak için gerekli enerjiye 1. iyonlaşma enerjisi denir: X(g) + İE₁ → X⁺(g) + e⁻. Gaz hâlindeki X⁺ iyonundan bir elektron koparmak için gereken enerjiye 2. iyonlaşma enerjisi, X²⁺ iyonundan koparmak için gerekene ise 3. iyonlaşma enerjisi denir. Bir atomun kaç tane iyonlaşma enerjisine sahip olduğu elektron sayısına bağlıdır; aynı atomdan art arda elektron koparmak için gereken enerji her adımda artar, çünkü kalan elektron sayısı azaldıkça çekirdeğin her bir elektrona uyguladığı çekim etkisi (elektron başına düşen çekim) güçlenir.

Bir elementin art arda verilen iyonlaşma enerjisi değerleri arasındaki en büyük sıçrama, o elementin valans elektron sayısını (ve dolayısıyla grup numarasını) ele verir: örneğin ₁₁Na'nın İE₁ değeri (496 kJ/mol) ile İE₂ değeri (4562 kJ/mol) arasındaki büyük fark, sodyumun yalnızca 1 valans elektronu olduğunu ve bu elektron koptuktan sonra çok kararlı bir soy gaz düzenine ulaştığını gösterir.

İyonlaşma Enerjisinin Periyodik Değişimi

Periyodik tabloda bir grupta yukarıdan aşağıya inildikçe atom yarıçapı arttığından son enerji seviyesindeki elektronun çekirdeğe olan uzaklığı artar; elektronun koparılması kolaylaşır ve iyonlaşma enerjisi azalır. Aynı periyotta soldan sağa gidildikçe atom yarıçapı azaldığından iyonlaşma enerjisi artar.

Bu genel eğilimde bazı düzensizlikler vardır: 2A ve 5A gruplarındaki elementlerin iyonlaşma enerjileri, kendilerinden sonra gelen gruplardaki (3A ve 6A) elementlerden büyüktür. Bunun nedeni, 2A grubu elementlerinin (ns² ile tam dolu s orbitali) ve 5A grubu elementlerinin (np³ ile yarı dolu p orbitalleri) daha kararlı bir elektron dizilimine sahip olmasıdır; kararlı bir atomdan elektron koparmak daha zordur. Periyodik tabloda soldan sağa 1. iyonlaşma enerjisindeki genel eğilim şu şekildedir:

1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A

Elektronegatiflik

Kimyasal bağ yapmış iki atom düşünüldüğünde, bağı oluşturan valans elektronları her iki atomun çekirdekleri tarafından çekilir — bu durum bir halat çekme yarışına benzetilebilir. Kimyasal bağ yapan bir atomun bağ elektronlarını kendine doğru çekme gücünün büyüklüğü elektronegatiflik olarak tanımlanır.

Göreceli bir kavram olan elektronegatiflik, bir elementin elektronegatifliğinin diğer elementlerinkiyle karşılaştırılmasıyla ölçülür. Amerikalı bilim insanı Linus Carl Pauling, flor atomunun elektronegatiflik değerini 4,0 olarak kabul etmiş ve bağ enerjilerini kullanarak diğer atomların elektronegatiflik değerlerini 0-4 aralığında hesaplamıştır. Örneğin H-F bağındaki elektronlar F tarafından, H-Cl bağındaki elektronlar Cl tarafından, F-Cl bağındaki elektronlar ise F atomu tarafından daha çok çekilir; bu da flor > klor > hidrojen şeklinde bir elektronegatiflik sıralaması gösterir.

Elektronegatiflik, periyodik tabloda soldan sağa gidildikçe artar, yukarıdan aşağı inildikçe azalır. Bu değişimin nedeni elektrostatik çekim kuvvetiyle açıklanır: soldan sağa gidildikçe atom yarıçapı küçüldüğü için çekirdek bağ elektronlarını daha güçlü çeker; yukarıdan aşağı inildikçe atom yarıçapı büyüdüğü için çekirdeğin bağ elektronları üzerindeki etkisi zayıflar. Soy gaz atomları bağ yapmadıkları için elektronegatiflik değerine sahip değildir.

Elektronegatiflik, bağ ve molekül polarlığının belirlenmesinde oldukça önemli bir kavramdır; elektronegatifliğin periyodik tablodaki değişiminin bilinmesi, bağ ve molekül polarlığının tahmin edilebilmesini sağlar. Metaller genellikle düşük, ametaller yüksek elektronegatiflik değerlerine sahiptir; bu fark, metal-ametal bileşiklerinde elektronların ametal atomuna doğru kaymasına ve iyonik bağların oluşmasına yol açar.