Çok eskiden beri kimyacılar, elementleri sınıflandırmayı düşünmüşlerdi. Böyle bir sınıflandırmada elementlerin özellikleri, belirli bir düzen içinde değişirse, kimyacıların işi epeyce kolaylaşacaktı. Geçen yüzyılın ortalarında, şimdi bilinen elementlerin yarısından biraz fazlası biliniyordu. Bilinen elementleri, özelliklerine göre sınıflandırmak için o zamanki kimyacılar, değişik fikirler ileri sürmüşlerdir.

Bugünkü anlama yakın periyodik sistem, 1869 yılında Rus kimyacısı Dimitri Mendeleev tarafında yapılmıştır. 1877 yılında Alman bilgini Lothar Meyer de Mendeleev’ den habersiz olarak bir periyodik cetvel yapmıştır. Bu iki cetvel hemen hemen birbirinin aynıdır. Meyer; elementleri, cetvelinde fiziksel özelliklerine göre sıralamış, Mendeleev ise elementlerin atom kütlelerini dikkate alarak artan atom kütlelerine göre cetvelinde sıralamıştır. Bu sıralamada birbirini izleyen elementlerin değerliklerinin ve öteki özelliklerinin, belirli sayıda elementten sonra tekrarladığını, yani bu özelliklerin periyodik olduğunu görmüştür.

Mendeleev; hidrojen elementini, özellikleri o zaman bilinen elementlerin özelliklerine benzediği için ayrı bırakarak ondan sonra gelen elementleri (Li, Be, B, C, N, O, ve Fu) bir satır üzerinde (periyotta) atom kütlelerine göre sıraladı. Böylece, bu elementlerin özelliklerinin ve değerliklerinin adım adım değiştiğini gördü. O gün için bilinen ve atom kütlesine göre flüordan sonra gelen element sodyum idi. Sodyumun özellikleri, ondan öncekilere değil, lityumun özelliklerine benzediğinden, sodyumu ikinci satırın(periyodun) başına, lityumun altına getirmesi gerekmiş ve bu suretle de yeni bir periyot başlamıştır. Bu periyotta sodyumdan sonra, birinci periyottaki elementlere adım adım benzeyen Mg, Al, Si, P, S ve Cl gelir. Bunlardan sonra atom kütlesine göre sırası gelen element potasyumdur. Bunun özellikleri sodyumunkine benzediği için sodyumun altında potasyum yer alacak şekilde, potasyum ile yeni bir periyot başlar. Potasyum ile başlayan bu yeni periyotta atom kütlesine göre sırası gelen element kalsiyumdur. Kalsiyumun özellikleri magnezyumunkine benzediği için onun altına yeni ikinci sütuna yerleştirilir. Kalsiyumdan sonra o zaman bilinen element titandı. Ancak titanı, özellikleri bakımından alüminyumun altında göstermeye imkan olmadığını gören Mendeleev, üstün bir önseziyle, kalsiyum ile titan arasında bir elementin bulunması gerektiğini söylemiştir. Bu nedenledir ki Mendeleev, atom kütleleri sırasına göre kurduğu gruplarda, özellik bakımından benzeyen element yoksa, yerini boş bırakmıştır. Bunun sonucu olarak Mendeleev’ in periyodik cetvelinde bazı boşluklar meydana gelmiştir. Mendeleev, bu boşlukları açıklamasını bilmiş, o gün için bilinmeyen ve periyodik cetvelde 32 numaralı yeri alması gereken elementin özelliklerinin ne olacağını tahmin etmiştir. Ayrıca, Mendeleev’ in sisteminde boş kalan yarlarda bilinmeyen elementlerin bulunması gerektiği fikri yeni elementlerin keşfine yol açmıştır.

Bugün periyodik cetvelde elementler, atom kütlelerine göre değil, atom numaralarına göre dizilir. Böylece Mendeleev’ in sisteminin aksaklığı ortadan kalkar. Çünkü kimyasal özellikler, atom kütlelerinin periyodik bir fonksiyonu değil, artan atom numaralarının periyodik bir fonksiyonudur. Elementler artan atom numaralarına göre periyodik cetvelde dizildiğinde, elementlerin bazı özellikleri periyodik olarak tekrarlanır. Bunun nedeni, elementlerin elektron dizilişleriyle ilgilidir.

Elementlerin özellikleriyle atomların elektron dizilişi arasındaki ilişkinin açıklanmasında çoğu kez değerlik orbitalleri ve değerlik elektronları terimleri kullanılır. Bir atomun temel halindeki elektron dizilişinde yer alan orbitallerden en yüksek enerji düzeyindeki arbitallere değerlik orbitalleri denir. Değerlik orbitallerinde bulunan elektronlara da değerlik elektronları denir. Örneğin; elektron dizilişi 1S1 şeklinde olan 1H atomunun değerlik orbitali 1S, değerlik elektron sayısı 1’dir. 1S2 2S2 2P1 elektron dizilişi 5B atomunun değerlik orbitalleri 2S ve 2P, değerlik elektron sayısı 3’tür.



ÖRNEK:

13Al elementi atomunun;

a) değerlik orbitalleri hangileridir?

b) Kaç tane değerlik elektronu vardır?

ÇÖZÜM:

13Al : 1S2 2S2 2P6 3S2 3P1 elektron dizilişine göre;

a) Değerlik orbitalleri 3S ve 3P’dir.

b) Değerlik elektron sayısı (3S2 3P1) 3’tür.

Benzer elektron dizilişine sahip olan elementler benzer özellikler gösterir. Örneğin; soy gazlar olarak bilinen helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radon elementlerinin elektron dizilişleri arasında bir benzerlik vardır. Elementlerin elektron dizilişleri yazılırken kısaltma yapılabilir. Bu kısaltma her element için sadece değerlik orbitallerinde bulunan elektronlar açıkça gösterilir. Diğer elektronlar, söz konusu elementten atom numarası daha küçük olan soy gazın köşeli parantez içine alınan sembolü ile ifade edilmiş olur.

2He : 1S2

10Ne : [He]2S2 2P6

18Ar :[Ne]3S2 3P6

36Kr :[Kr]4S2 3d10 4P6

54Xe :[Kr]5S2 4d10 5P6

86Rn :[Xe]6S2 4f14 5d10 6P6

yukarıdaki soy gazların elektron dizilişlerinde yer alan değerlik orbitallerinin tamamen elektronlarla dolu olduğu görülmektedir. Elektron dizilişindeki bu benzerlik, soy gazların fiziksel ve kimyasal özelliklerinde de benzerliğe neden olur. Bu elementlerin hepsi oda sıcaklığında gaz halindedir. Soy gaz molekülleri tek atomludur ve soy gazlar tepkimelere karşı ilgisizdir.

Elementler, özellikleri birbirine benzeyenler alt alta gelecek şekilde, artan atom numaralarına göre sıralandığında bir cetvel oluşturur. Oluşan bu cetvele periyodik cetvel denir.





PERİYOTLAR VE GRUPLAR

Periyodik cetvel elementlerin elektron dizilişine bağlı olarak dört bloktan meydana gelir. Cetvelde yatay sütunlara periyot, düşey sütunlara grup denir.

Periyodik cetvel 7 periyot ile 8A, 8B grubu olmak üzere 16 gruptan oluşur. 4. ve 5. periyotlarda periyodun 10 element uzamasına d orbitalinin dolması neden olur. 6. ve 7. periyotlarda ise sıranın 14 element uzamasına f orbitalinin dolması neden olur. F orbitaline elektron dolan 14 elementten 6. sıradaki lantanitler ve 7. sıradaki aktinitler, cetvelin daha fazla uzamaması için alt sırada f bloğuna alınmıştır.

Periyodik cetvelin s bloğunda IA ve IIA, p bloğunda IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA ve 0 grupları, d bloğunda ise IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB ve IIB grupları yer alır.

Elementler artan atom numaralarına göre periyodik cetvele yerleştirildiğinde, cetvelin sol tarafında metallerin sağ tarafında ametallerin yer aldığı görülür.

Elementlerin atomlarındaki elektron dizilişleri ile periyodik cetvelde bulundukları yer arasında yakın bir ilişki vardır. Bu ilişki Mendeleev’ in periyodik cetvelinin günümüz modern atom teorisine uyumunu gösterirken, elementlerin periyodik cetveldeki yerlerini bulmamıza da ışık tutar.

Element atomlarının elektron dizilişinden yararlanarak periyodik cetvelde yerlerinin bulunabilmesi için kurallar şöyledir;

1) Bir elementin elektron dizilişinde en büyük enerji düzeyi numarası, o elementin periyodik cetvelde yer aldığı periyot numarasını verir.

2) Atom elektron dizilişinde en son orbital türü, o elementin periyodik cetvelde bulunduğu blok ile grup türünü gösterir

Orbital türü Blok Grup türü

s s A

p p A

d d B

3) Atom elektron dizilişinde en son enerji düzeyinin orbitallerindeki elektron sayısı toplamı, o elementin bulunduğu grubun numarasını verir. Eğer bu toplam 10’dan büyükse, 10 sayısı çıkarılır. Kalan sayı grup numarasıdır.

ÖRNEK:

12Mg elementinin periyodik cetveldeki yeri neresidir?

12Mg elementinin elektron dizilişi yazılır. 12Mg : 1S2 2S2 2P6 3S2 elektron dizilişine göre;

1. En büyük enerji düzeyi numarası 3’tür. Element üçüncü periyottadır

2. Son orbital türü S’ dir. Element S bloğundadır ve grup türü A’ dır.

3. En son enerji düzeyinde 2 elektronu vardır ve IIA grubundadır. Element 3. periyot-IIA grubundadır.