Periyodik tablo

Periyodik tablo, kimyasal elementlerin sınıflandırılması için geliştirilmiş tablodur. Dilimizde periyodik tablo, periyodik cetvel, periyodik çizelge, elementler tablosu gibi birçok şekilde isimlendirilmiştir. Bu tablo bilinen bütün elementlerin artan atom numaralarına (buna proton sayısı da denir) göre bir sıralanışıdır. Periyodik cetvelden önce de bu yönde çalışmalar yapılmış olmakla birlikte, mucidi genelde Rus kimyager Dmitri Mendeleyev kabul edilir. 1869'da Mendeleyev atomları artan atom ağırlığına göre sıraladığında belli özelliklerin tekrarlandığını fark etti. Özellikleri tekrarlanan elementleri alt alta yerleştirdi ve buna grup adını verdi.
Genel bakış
Grup, periyot ve bloklar
Grup
Dış katman elektron dizilimi aynı olan elementlerin oluşturduğu birliğe grup denir. Gruplar periyodik tablodaki sütunlardır. Aynı gruptaki elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir.
Gruplar iki şekilde adlandırılır. Birincisi IUPAC'ın önerdiği 1'den 18'e kadar olan sayılardır. İkincisi ise daha sık kullanılan harf (A, B) ve rakamlardan oluşan adlandırmadır.
Periyot
Periyodik tablodaki satırlara periyot denir. Toplam yedi periyot vardır. Altıncı periyot 32 elemente sahip uzun bir periyottur, bu periyodun 14 elementi aşağıya taşınmıştır. Bunlara lantanit denir. Aynı şey yedinci periyot için de geçerlidir. Yedinci periyottan ayrılan bölümlere ise aktinit denir. (Periyodik tablonun altında bulunan 2 periyot şeklinde olan yer.)
Blok
Elementler (hidrojen ve helyum dışında) değerlik orbitallerine göre s, p, d ve f olmak üzere dört ana bloğa ayrılır. s ve p ana grup, d ve f yan grup olarak bilinir.
Düzenli değişimler
Periyodik tabloda soldan sağa ya da yukarıdan aşağı gidildikçe düzenli değişen birtakım özellikler vardır.
Atom yarıçapı
Atomların büyüklüğü ölçülürken Van der Waals yarıçapı dikkate alınır. Çekirdekle dış katmanlarda bulunan elektronlar arasındaki çekim kuvveti ne kadar büyük olursa atom yarıçapı da o kadar küçük olur. Örneğin ikinci periyot elementlerinden lityumun son katman elektronu 3 protonla çekilirken, florunki 9 proton tarafından çekilir. Bu yüzden soldan sağa gidildikçe yarıçap azalır.
Yukarıdan aşağı gidildikçe dış katman elektronları çekirdekten daha uzakta bulunur. Atom yarıçapı artar.
İyonlaşma enerjisi
Gaz halde bulunan bir atomdan bir elektron koparmak için gereken enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. Soldan sağa gidildikçe çekirdekle son katman elektronları arasındaki çekim kuvveti artacağından iyonlaştırmak için daha fazla enerjiye gerek vardır. O yüzden soldan sağa gidildikçe düzenli olarak artış beklenir ancak 2A ve 5A elementlerinin küresel simetrik özelliğinden dolayı sıralamada yerleri farklıdır.
1A<3A<2A<4A<6A<5A<7A<8A
Bir elektronu uzaklaştırmak için gereken enerji, elektronun çekirdekten uzaklığına bağlıdır. Bu sebeple yukarıdan aşağı inildikçe atom yarıçapı arttığından iyonlaşma enerjisi azalır.
Elektronegatiflik
Elektronegatiflik, bir atomun kimyasal bağdaki elektronları kendine doğru çekme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Doğrudan bir ölçümü yoktur, ancak iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisinin aritmetik ortalaması olarak düşünülebilir.
Soldan sağa doğru iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisi arttığından elektronegatiflik artar. Yukarıdan aşağı ise azalır.
Diğer özellikler
Bir periyotta soldan sağa doğru gidildikçe;
Proton, nötron sayıları ve kütle numarası artar.
Atom numarası artar.
Değerlik elektron sayısı artar.
Elektron alma isteği (ametallik) artar.
Yörünge sayısı değişmez.
Atom hacmi ve çapı azalır.
Bir grupta yukarıdan aşağıya inildikçe;
Proton, nötron sayıları ve kütle numarası artar.
Atom numarası artar.
Değerlik elektron sayısı değişmez (Bu nedenle aynı gruptaki elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir).
Elektron verme isteği (metalik karakter) artar.
Yörünge sayısı artar.
Atom hacmi ve çapı artar.
Tarihçe
Altın, gümüş, kalay, bakır, kurşun, cıva ve demir gibi elementler eski çağlardan beri biliniyordu. Bir elementin ilk bilimsel olarak bulunması 1649 yılında Hennig Brand'ın fosforu bulmasıyla başlamıştır. Bundan sonraki 200 yıl boyunca elementler ve onların bileşikleri hakkında kimyacılar tarafından pek çok bilgi elde edilmiştir. Bununla beraber 1869 yılına kadar toplam 63 element bulunabilmiştir.
1817 yılında Johann Dobereiner benzer kimyasal özelliklere sahip olan stronsiyum, kalsiyum ve baryuma bakarak, stronsiyumun atom ağırlığının kalsiyum ve baryum atom ağırlıklarının ortasında olduğuna dikkat çekmiştir. 1829 yılında klor, brom ve iyot üçlüsünün de benzer özellikler gösterdiği bulunmuştu. Yine benzer davranış lityum, sodyum ve potasyum için de gözleniyordu. 1829 ve 1858 yılları arasında bu konuda pek çok araştırma yapıldı. Bu sırada halojenler grubu katıldı. Oksijen, kükürt, selenyum ve tellür bir grubun üyesi olarak düşünülürken azot, fosfor, arsenik, antimon ve bizmut başka bir grup içine yerleştirildiler.
İlk periyodik tabloyu oluşturma şerefi Fransız bilim insanı Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois'e düştü. De Chancourtois, silindirin çevresine 16 kütle birimleri yerleştirerek element ve iyonları buraya oturttu. Benzer özelliklerdeki elementler bu silindir üzerinde düşey satırlarda 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 benzerlikler gösteriyordu.
Genelde periyodik tablonun babası olarak Alman bilim insanı Julius Lothar Meyer ve Rus bilim insanı Dmitri Mendeleyev kabul edilir. Her ikisi de birbirinden habersiz olarak dikkate değer benzer sonuçlar üretmişlerdir. Mendeleyev atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını görmüştür. Daha sonra elementleri tekrarlanan özelliklerine göre alt alta sıralayarak ilk iki periyodu yedişer, sonraki üç periyodu ise onyedişer element içeren bir periyodik sistem hazırlamıştır. Mendeleyev'in hazırladığı periyodik sistemde bazı yerleri henüz keşfedilmemiş elementlerin olduğunu düşünerek boş bırakmıştır. Daha sonra bulunan skandiyum, galyum, germanyum elementleri tablodaki boşluklara yerleşmişlerdir.
1895 yılında Lord Rayleigh, yeni bir soygaz (argon) keşfettiğini bildirdi. Bu element periyodik tabloda bilinen hiçbir yere oturtulamadı. 1898 yılında William Ramsay bu elementin klor ile potasyum arasında bir yere konulabileceğini önerdi. Helyum da aynı grubun bir üyesi olarak düşünüldü. Bu grup elementlerinin 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.
Moseley ve modern periyodik yasa
1911'de Ernest Rutherford atom çekirdekleri alfa parçacıklarının saçılması deneyiyle çekirdek yükünün belirlenebileceğini gösterdi. Rutherford'un gösterdiği diğer bir şey bir çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğuydu. Yine 1911'de Antonius 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'te Henry Moseley bir grup elementin X-ışınlar tayf çizgilerin dalga boylarını ölçerek, atom numarası ile elementlerin X-ışınları dalga boylarının ilişkili olduğunu gösterdi. Bu çalışma Mendeleyev, Meyer ve diğerlerinin yaptığı gibi atom ağırlıklarının temel seçmedeki yanlışlıklarını gösteriyordu.
Fakat neden periyodik özellikler gözleniyor 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 elementleri bulmasıyla sürdü. Periyodik tablodaki lantanit serisinin altına aktinitler serisini yerleştirdi. 1951'de Seaborg bu çalışmaları ile kimyada Nobel Ödülünü kazandı. 106 nolu element seaborgiyum (Sg) olarak adlandırıldı.