Bilim Son Makaleler

FİZİKSEL ÖZELLİKLERDEKİ PERİYODİK DEĞİŞİMLER

Tarafından yazılmıştır admin

FİZİKSEL ÖZELLİKLERDEKİ PERİYODİK DEĞİŞİMLER

Elementlerin elektron dağılımlarının artan atom numaralarıyla periyodik olarak değiş­tiklerini görebiliriz. Sonuç olarak, fiziksel ve kimyasal davranışlarda periyodik deği­şimler vardır. Önce etkin çekirdek yükü kavramına bakacağız. Bu özellik doğrudan atomun hacmi ve iyonlaşma eğilimi ile ilişkilidir.

Etkin Çekirdek Yükü

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. Ayrıca, çok elektronlu bir atomda elektronlar arasındaki itme kuv­vetleri çekirdek tarafından uygulanan çekme kuvvetini dengeler. Etkin çekirdek yükü kavramı periyodik özelliklerdeki perdeleme etkisini anlamamızı mümkün kılar.

Helyum atomunun temel haldeki elektron dağılımı 1s2 dir. Helyumun iki protonu olduğundan +2 çekirdek yüküne sahiptir. İki tane 1s elektronu üzerine etki eden bu yükün çekim gücü kısmen elektron-elektron itmesi ile dengelenir. Sonuç olarak 1s elektronlarının birbirlerini çekirdeğin yüküne karşı perdelediğini söyleyebiliriz. Etkin çekirdek yükü (Zetkin), bir elektron tarafından hissedilen yüktür ve

Zetkin= Z – σ

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.

Bir helyum atomundan iki elektronu uzaklaştırmak için gerekli enerji miktarını bilirsek, elektron perdeleme etkisini kavrayabiliriz. Ölçümler 1 mol He atomundan ilk elektronu uzaklaştırmak için 2373 kJ enerjiye ihtiyaç olduğunu göstermiştir. Geriye kalan elektronu He+ iyonundan uzaklaştırmak için gerekli olan enerji ise mol başına 5251 kJ dür. Bu sonuç ikinci elektronu uzaklaştırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni, perdelenmeyen yani tamamen +2 çekirdek yükünün etkisinde olan tek elektronun uzaklaştırılmasındaki güçlüktür.

Üç veya daha fazla elektronlu atomlarda, dış kabuktaki elektronlar iç kabuk­taki elektronlar tarafından, yani çekirdeğe yakın olan elektronlarca perdelenir. Dış kabuktaki elektronların iç kabuklar üzerine perdeleme etkisi yoktur. Lityum ato­munu göz önüne alırsak, atomun elektron dağılımı 1s22s1 dir. Bu dağılımda 2s elektronu iki 1s elektronu tarafından perdelenir, fakat 2s elektronu 1s elektronlarını perdeleyemez. Ayrıca, dolu iç kabuklar, dış kabuk elektronlarını, aynı alt kabukların birbirlerini perdelemesinden daha fazla ve daha etkili bir şekilde perdeler.

Atom Yarıçapları

Yoğunluk, erime noktası ve kaynama noktası gibi fiziksel özelliklerin bir bölümü atomun büyüklüğüne (hacmine) bağlıdır, ancak atom hacmini tanımlamak oldukça zordur. Bir atomdaki elektron yoğunluğu çekirdekten dışarıya doğru uzanır ve biz atomun hacmini, çekirdek çevresindeki elektron yoğun­luğunun %90 nı içeren hacim olarak düşünebiliriz. Daha spesifik olarak, bir atomun hacmini, onun yarıçapının bir fonksiyonu olarak tanımlayabiliriz. Atomun yarıçapı, komşu iki metal atomunun çekirdekleri arasındaki uzaklığın yarısıdır.

Berilyum gibi atomlarda atomik yarıçap yan yana duran iki atomun merkezleri arasındaki uzaklığın yarısı olarak tanımlanır

 

 

Kristal yapı oluşturacak şekilde birbirine bağlanmış atomların yarıçapı, komşu atomların çekirdekleri arasındaki uzaklığın yarısıdır(a).

 

 

 

 

 

 

İyot gibi iki atomlu molekülleri olan elementlerde, atomun yarıçapı moleküldeki atomların merkezleri arasındaki uzaklığın yarısıdır.

 

 

 

Örneğin, basit bir iki atomlu molekülde, elementlerin atom yarıçapı, molekülü oluşturan iki atomun çekirdekleri arasındaki uzaklığın yarısıdır.

 

 

 

 

 

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bazı elementlerin periyodik çizelgedeki yerlerine göre atom çaplarını,

Yukarıdaki şekilde ise bu elementlerin atom numaralarına karşı atom çaplarının grafiğe geçi­rilmiş halini göstermektedir. Grafikten periyodik eğilimler açık bir şekilde görülmektedir. Buna göre, atom yarıçapları çekirdek ve dış kabuk elektronları arasındaki çekim kuvvetinden faydalanarak büyük ölçüde tahmin edilebilir. Etkin çekirdek yükü arttığında çekirdeğin elektronlar üzerine uyguladığı kuvvet de artar ve atom yarıçapları küçülür. Örneğin, Li dan F a kadar ikinci periyot elementlerini 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 (n = 2) sabit kalırken etkin çekirdek yükü düzenli olarak artar. Örneğin Li daki bir 2s elektronu 1s orbitalindeki iki elektron tarafından çekirdek yüküne (üç protonlu çekirdek) karşı perdelenir. Kaba bir yaklaştırmayla, 1s orbitalindeki iki elektronun etkisiyle çekirdekteki iki pozitif yükün yok olduğunu düşünebiliriz. Sonuç olarak 2s elektronu sadece çekirdekteki bir protonun etkisini hisseder ve etkin çekirdek yükü +1 dir. Berilyumda (1s22s2), 2s orbitalindeki elektronların her biri iç kabuktaki iki 1s elektronu tarafından per­delenir. Bu nedenle, çekirdekteki dört pozitif yükün ikisi yok olmuş gibi kabul edi­lebilir. 2s elektronlarının birbirlerini etkili bir biçimde perdeleyememesi nedeniyle, 2s elektronlarının her birinin gördüğü etkin çekirdek yükü +1 den daha büyüktür. Bu nedenle lityumdan flora doğru etkin çekirdek yükü artarken doğal olarak atom yarıçapları düzenli bir şekilde azalır. Bir grup içerisindeki elementlerde atom numarası arttıkça atom yarıçapları da artar. 1A grubundaki alkali metallerde en dıştaki elektronlar ns orbitalinde bulunurlar. Artan baş kuantum sayısı n ile birlikte, orbital hacimleri de arttığı için, Li dan Cs a doğru metal atomlarının hacmi de artar. Aynı durum diğer gruplardaki elementlerde de görülür.

İyon Yarıçapı

İyon yarıçapı; bir katyon veya bir anyonun yarıçapıdır. İyon yarıçapları iyonik bir bile­şiğin fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkiler. Örneğin, iyonik bir bileşiğin üç boyutlu yapısı, bileşiği oluşturan katyon ve anyonların bağıl büyüklüklerine bağlıdır.

Nötr bir atom bir iyona dönüştüğünde hacminin değişmesini bekleriz. Eğer atom­dan bir anyon oluşursa, hacmi (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 büzüşür ve katyonun hacmi atomdan daha küçük olur.

Şekilde alkali metallerin katyonlarına, halojenlerin de anyonlarına dönüştüklerinde hacimlerinde meydana gelen değişimleri göstermektedir.

Şekilde, periyodik çizelgedeki yerlerine göre, bazı çok bilinen elementlerden türetilmiş iyonların iyon yarı çaplarını göstermektedir. Buradan, atom ve iyon çapları arasında bir paralellik olduğunu görebiliriz. Örneğin, bir grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru hem atom hem de iyon yarıçapları artar. Farklı gruplardaki element­lerden türemiş olan iyonlar, eğer izoelektronik iseler, hacimleri karşılaştırılabilir. İzoelektronik iyonlarda katyonlar anyonlardan daha küçük hacme sahiptir. Örneğin, Na+ iyonu F den daha küçüktür. Bu iyonların her ikisi de aynı sayıda elektrona sahiptir (izoelektronik) fakat Na (Z = 11), F(Z = 9) dan daha fazla protona sahiptir. F un yarıçapının küçük olmasının nedeni Na+ nın sahip olduğu büyük etkin çekirdek yüküdür.

İzoelektronik katyonlarda, üç değerli pozitif iyonların (+3 yüklü iyonlar) yarıçap­larının iki değerli pozitif iyonlardan (+2 yüklü iyonlar) bunların da bir pozitif yüklü (+1 yüklü iyonlar) iyonlardan daha küçük olduğunu görebiliriz. Bu durum aynı peri­yottaki üç izoelektronik iyonun; (Al3+, Mg2+ ve Na+) hacimleri karşılaştırıldığında daha iyi anlaşılabilir (Şekile bakınız). Al3+ iyonunun elektron sayısı Mg2+ iyonunun elektron sayısı ile aynıdır. Ancak, Al3+ proton sayısı bir fazladır. Bu nedenle Al3+ de elektron bulutu çekirdeğe doğru Mg2+ ye göre daha fazla çekilmektedir. Na+ ile mukayese edildiğinde ise Mg2+ nin hacmi daha küçüktür ve aynı açıklama onun için de geçerlidir. İzoelektronik anyonlarda durum katyonlarınınkinin tersidir.

Bir değerli (-1 yüklü) iyonların yarıçapları iki değerli (-2 yüklü) olanlardan, iki değerli olanların da üç değerli (-3 yüklü) olanlardan daha küçüktür. Örneğin, oksi­jenin proton sayısı flordan bir eksik olduğu için, oksit iyonu florür iyonundan daha büyüktür. Bunun sebebi, O2- deki elektron bulutu, çekirdeğinin çekim kuvvetinin daha az olmasından dolayı, dışarıya doğru yayılmıştır.

 

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: