Bölüm 10: Periyodik Çizelge ve Bazı Atom Özellikleri Genel Kimya Prensipleri ve Modern Uygulamaları Petrucci • Harwood • Herring 8. Baskı Bölüm 10: Periyodik Çizelge ve Bazı Atom Özellikleri Doç. Dr. Ali ERDOĞMUŞ Kimya Bölümü, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul Thermochemistry branch of chemistry concerned with heat effects accompanying chemical reactions. Direct and indirect measurement of heat. Answer practical questions: why is natural gas a better fuel than coal, and why do fats have higher energy value than carbohydrates and protiens.

İçindekiler 10-1 Elementlerin Sınıflandırılması: Periyodik Yasa ve Periyodik Çizelge 10-2 Metaller, Ametaller ve Bunların İyonları 10-3 Atomlar ve İyonların Büyüklüğü 10-4 İyonlaşma Enerjisi 10-5 Elektron İlgisi 10-6 Manyetik Özellikler 10-7 Elementlerin Periyodik Özellikleri

10-1 Elementlerin Sınıflandırılması: Periyodik Yasa ve Periyodik Çizelge 1869’da Dimitri Mendeleev ve Lother Meyer, birbirinden bağımsız olarak aynı periyodik yasayı önerdiler. Elementler artan atom kütlelerine göre sıralandıklarında bazı özellikler periyodik olarak tekrarlanmaktadır.

Periyodik Yasa Meyer based his law on atomic volume, the atomic mass divided by density of solid. He later examined other physical properties such as Hardness Compressibility Boiling point And found these also behaved periodically.

Periyodik Yasa Bu grafik alkali metallerde (Li, Na, K,…)pikler göstermektedir. Ametaller eğrilerin yükselen bölümlerine, Metaller piklere, eğrilerinin iniş bölümlerine ve vadilere düşmektedir.

Mendeleev’in Periyodik Çizelgesi 1871 — = 44 — = 72 — = 68 — = 100 Mendeleev’s work attracted more attention He left blank spadces in his table, at 44, 68, 72, and 100, for undiscovered elements (Sc Ga Ge Tc) He corrected some atomic mass values (In, U). Group 1 has high molar volume, low melting points and all form M+ ions. Sc:44, Ga:68, Ge:72, Tc:100

Yeni Elementlerin Keşfi Other additions to the table included the Noble gases discoved by William Ramsey. Mendeleev placed certain elements out of order-he assumed that errors had been made in the atomic masses, but it is clear that some elements remain out of order. Moseley changed that with x-ray spectra.

X-Işını Spektrumları Moseley 1913’te X-ışınları frekansı ile elementlerin çekirdeklerindeki yük sayısı ve Mendeleev’in periyodik çizelgesindeki yerleri arasında bir ilişkinin olduğunu buldu. Moseley eşitliği  = A (Z – b)2 :X-ışını frekansı Z:atom numarası A ve b: sabit sayı Moseley, üç yeni elementi önceden tahmin etmiştir (Z= 43, 61 ve 75). 43, 61 and 75 were discovered in 1937, 1945 and 1925 respectively. Also proved the periodic law in the region from Z = 13 to 79, and that there could be NO other elements in this region.

Periyodik Tablo Soygazlar Alkali Metaller Baş Grup Toprak Alkaliler Halojenler Geçiş Metalleri Lantanit ve Aktinitler

10-2 Metaller ve Ametaller ve Onların İyonları Çoğu metaller ısı ve elektriği iyi iletir. Dövülebilir ve tel haline getirilebilir. Oldukça yüksek e.n.’na sahiptirler. Ametaller Isı ve elektriği iletmezler. Dövülemez katılardır (kırılgan). Bir kısım ametaller oda sıcaklığında gaz halindedirler.

Metaller Elektron Vermeye Eğilimlidirler

Ametaller Elektron Almaya Eğilimlidirler

Electron Configuration of Some Ions

10-3 Atomların ve İyonların Büyüklüğü

Atom Yarıçapları Radii increase down a group. Radii decrease across a period in the main group (Zeff increases across main group elements). Radii in Transition metals remain fairly constant except for a few spikes. Electrons go into an inner shell, thus participate in shielding the outer shell electrons from the increasing Zeff.

Girinim ve Perdeleme Etkileri Zet = Z – S En =- Zet2 RH n2 Zeff is effective nuclear charge. En is orbital energy

Katyon Yarıçapları

Anyon Yarıçapları

Atom ve İyon Yarıçapları Knowdledge of atomic and ionic radii can be used to varycertain physical porperties. Ex Na+ and Ca2+ ions. Glass is brittle and breaks easily. Replace surface Na+ by K+ and glass becomes shatter resistant. Cr3+ in Al2O3 (about 1%) gives beautiful red colour (Ruby).

10-4 İyonlaşma Enerjisi Mg(g) → Mg+(g) + e- I1 = 738 kJ Zet2 I = RH Ionization energy is the quantity of energy a gaseous atom must absorb so that an electron is stripped from it. The electron lost is the one most loosely held. n2

Birinci İyonlaşma Enerjisi Ionization energies decrease as atomic radii increase. Noble gases are the most difficult to ionize. Alkali metals are the easiest to ionize. Other trends are apparent and can be discussed better using specific examples (next slide)

Table 10.4 Ionization Energies of the Third-Period Elements (in kJ/mol) I1 (Mg) vs. I1 (Al) 737.7 577.6 I1 (P) vs. I1 (S) 1012 999.6 I2 (Mg) vs. I3 (Mg) 7733 1451 Removing the third electon from Mg causes a large jump in I. I1 of Al less than Mg because s- electron is removed from Mg and p-electron is removed from Al. I1 of S is less than that of P. This is due to e--e- repulsion of the fourth electron.

10-5 Elektron İlgisi F(g) + e- → F-(g) EA = -328 kJ F(1s22s22p5) + e- → F-(1s22s22p5) Li(g) + e- → Li-(g) EA = -59,6 kJ

Birinci Elektron İlgisi

İkinci Elektron İlgisi O(g) + e- → O-(g) EA = -141 kJ O-(g) + e- → O2-(g) EA = +744 kJ Gaseous O2- is not likely. It is OK in Na2O because of the energetically favorable electrostatic interactions.

10-6 Manyetik Özellikler Diyamanyetik bir atom ya da iyonda tüm elektronlar eşleşmiştir ve bunlar birbirinin manyetik etkilerini yok ederler. Diyamanyetik bir tanecik, manyetik alandan çok az etkilenir. Paramanyetik bir atom ya da iyon eşleşmemiş elektronlara sahiptir ve birbirlerinin manyetik etkilerini yok etmezler. Eşleşmemiş elektronlar manyetik alanı etkileyerek, bir dış manyetik alan etkisiyle, atom ya da iyonların birbirlerini çekmelerine sebep olurlar. Ne kadar çok eşleşmemiş elektron varsa, çekme etkisi o denli kuvvetli olur.

Paramanyetizma

10-7 Elementlerin Periyodik Özellikleri Metallic character corresponds to conductance of heat and electricity.

Kaynama Noktası Üç Halojen Elementi Klor sarı-yeşil bir gazdır. Brom koyu kırmızı bir sıvıdır. İyot griye yakın bir katıdır. Average is 349 for mp Average is 332 266

III. Periyot Elementlerin Erime Noktaları Melting involves destruction of the orderly arrangement of atoms or molecules in a crystalline solid. Melting point temperature depends on the strength of the attractive forces between atoms of molecules in the solid. Na, Mg, Al Metallic bonds, Si Covalent bonds, strong interatomic forces. P4, S8, Cl2 Discrete molecules, forces become weaker as you go across.

Bileşiklerin Erime Noktaları

Grup 1 ve 2 Metallerinin İndirgeme Yetenekleri 2 K(k) + 2 H2O(s) → 2 K+ + 2 OH- + H2(g) I1 = 419 kJ I1 = 590 kJ I2 = 1145 kJ K is representative of reactivity of Group 1, expect that a lower ionization energy should react more vigerously. Ca is representative of reactivity of Group 2, expect that a higher ionization energy should react more slowly. Ionization energy alone is an oversimlification. If differences in I are small then other factors must be taken into account. Ca(k) + 2 H2O(s) → Ca2+ + 2 OH- + H2(g)

Halojenlerin Yükseltgeme Yetenekleri (Grup 17) Cl2(g) + 2 I-(aq) → 2 Cl-(aq) + I2(aq) 2 Na(k) + Cl2(g) → 2NaCl(k) Expect compounds with high electron affinity to be good oxidizing agents. So halogens should react vigorously with Na. Cl has higher electron affinity than I, therefore the reaction should lie to the right. (a) renksiz seyreltik I-(aq) içine Cl2(g) kabarcıkları gönderilir. (b) elde edilen I2, CCl4(s) içine özütlenir (pembe tabaka)

Elementlerin Asit-Baz Özellikleri Bazik oksitler veya baz anhidritleri: Li2O(k) + H2O(s) → 2 Li+(aq) + 2 OH-(aq) Asidik oksitler veya asit anhidritleri: SO2 (g) + H2O(s) → H2SO3(aq) Na2O ve MgO suda bazik çözelti verir. Cl2O, SO2 ve P4O10 asidik çözeltiler oluştururlar. SiO2 kuvvetli bazik çözeltilerde bir miktar çözünür, asidik oksittir.