ELEMENT

ELEMENT (Eleman); Alm. Element (n), Urstoff(
m), Fr. Elément (m), İng. Element. Kimyâsal
metodlarla daha basit maddelere ayrışması mümkün
olmayan basit madde. Su bir element değildir.
Fakat suyun elektrolizinden elde edilen hidrojen ve
oksijen birer elementtir. Saf şeker bir element değildir.
Çünkü şekerden karbon, hidrojen ve oksijen
çıkarılabilir.
Element, aynı cins ve kimyâ tepkimelerinde
bölünmeyen en küçük parçaların yığınıdır. Bu parçalara
atom denir. Farklı atomların birleşmesinden
yeni bir madde olan bileşik elde edilir. Su, oksijen
ve hidrojenden elde edilir. Bir element, herhangi bir
enerji kullanılarak (ısı, ışık, elektrik gibi) daha basit
maddelere ayrıştırılamaz. Elementin diğer bir
özelliği de bir bileşik vermek üzere kimyâsal reaksiyona
girdiği zaman ağırlığının değişmemesidir.
1960 yılına kadar bilinen elementlerin sayısı
103’tü. Bugün ise bilinen element sayısı 107’dir. Fakat
bütün özellikleri bilinen element sayısı sadece
95’tir. Diğerlerinin yalnız atom ve kütle numaraları
bilinmektedir. Tabiatta mevcut olan element sayısı
da yaklaşık 93’tür. Diğerleri laboratuvarlarda
sentetik olarak elde edilmiştir. Tabiatta olan elementlerin
30 kadarı serbest hâlde, yâni diğer elementlerden
herhangi biriyle birleşmemiş hâlde bulunabilir.
Bunlar aktif olmayan, yâni normal şartlarda
reaksiyon verme kâbiliyeti çok az olan maddelerdir.
Platin, altın, gümüş, bakır, moleküler azot
vs. bunlara misâldir. Oksijen çok aktif olduğu hâlde,
0 2 şeklinde atmosferde bol miktarda bulunur.
Fakat bileşik hâlinde suda, kayalarda ve arz içindeki
minerallerde de bol miktarda bulunur. Yer küresinde
% 46,6 oksijen, % 27,72 silisyum, % 8,13 alüminyum,
% 5 demir, % 3,63 kalsiyum, % 2,83 sodyum,
% 2,59 potasyum ve % 2,09 magnezyum bulunmaktadır.
Bunların toplamı % 98,5 kadardır. Diğer
elementlerin tamâmı da yer küresinin % 1,5 kadarını
teşkil eder. Oda sıcaklığında on bir element gaz,
altı element de sıvı hâldedir.
Özellikleri: Elementlerin özellikleri, büyük ölçüde
atomunun büyüklüğü ve elektronik yapısına
bağlıdır. Bu yüzden her bir elementin özelliği diğerinden
çok farklı olabilir. Meselâ; helyumun
erime noktası -271,4°C (29,6 atm’de), kaynama
noktası ise -268,98°C’dir. Tungsten (volfram) elementinin
ise erime noktası 3370°C ve kaynama
noktası 5900°C’dir. Hidrojenin bir atmosfer basınçta
ve 0°C’deki yoğunluğu 8,986.10’5 g/cm3
iken, iridyum ve osmiyumun yoğunluğu 2 2 , 8
g/cm3tür. Yâni iridyumun yoğunluğu aynı şartlarda
(basınç ve sıcaklıkta) hidrojenin yoğunluğunun
yaklaşık 253.000 katıdır. Periyodik cetvelde
aynı periyodda bulunan elementlerin özellikleri
düzenli bir şekilde değişir. Meselâ, erime noktası
soldan sağa gidildikçe azalır.
Elementlerin içinde hakîkî metal 77 tânedir.
Bunlar elektrik ve ısıyı iyi naklederler. Buharları
tek atomlu olup, bileşiklerinde dâimâ (+) değerlikli
olurlar. Metal olmayan, yâni ametal olan element
sayısı 17’dir. Fizikî özellikleri metallerin aksidir.
Necip gazlar müstesnâ diğer ametaller gaz hâlinde
iki atomludurlar. Bileşiklerinde eksi ve artı değerlikli
olabilirler. Fluor dâimâ eksi değerliklidir.
Oksijen de flüor ile olan bileşiği hâriç bütün bileşiklerinde
eksi değerliklidir.
Bir de yarımetaller vardır ki, bunlar bâzı durumlarda
metal, bâzı durumlarda ise ametal gibi hareket
ederler. Beş tâne element de sıvı hâldedir.
Bunlar Civa (E.N. -38,4°C), Galyum (E.N.29,8°C), Sezyum (E.N. 28,7°C), Fransiyum (E.N.
27°C) ve Brom (E.N. -7,2°C) dur.
Elementlerin yapısı: Elementlerin en küçük
parçası atom olup, atom bir çekirdek ve bu çekirdeğe
çeşitli uzaklıklarda bulunan elektronlardan
meydana gelmiştir. Protonun kütlesi, nötronun
kütlesine hemen hemen eşit olup, kütleleri yaklaşık
1,67.10-24 gramdır. Çekirdek, atomun toplam
hacmi yanında ihmâl edilecek kadar küçük olup,
pozitif elektrik yüklüdür. Pozitif elektrik yükü
protondan gelmektedir. Proton (+1) elektrik yüklü
olmasına rağmen, nötron yüksüz (nötr)dür. Çekirdekteki
nötron sayısı ya proton sayısına eşit
veya fazladır. (Nötronu olmayan tek element hidrojendir.)
Bir elementte (serbest hâldeyken) proton
sayısı elektron sayısına eşittir. Elektronun kütlesi
protonun kütlesinin yaklaşık 1840’ta biri kadar
olup, elementin kütlesi yanında yok denecek kadar
azdır. Elektronun elektrik yükü (-1) ölduğundan,
element serbest hâldeyken nötr olarak kabul edilir.
Elementin proton sayısı atom numarasına eşittir.
Elementin sembolünün altında gösterilir. Meselâ
2()Ca hâli kalsiyum atomunun atom numarasının
2 0 olduğunu ve aynı zamanda, proton ve
elektronun 20’şer tâne olduğunu ifâde eder. Atom
numarasının değişmesi mümkün değildir. Değiştirilebilirse,
yeni bir element meydana gelir.
Proton ve nötron sayılarının toplamı, kütle
numarasını verir ve sembolün üst kısmında gösterilir.
Meselâ;
2oCa veya 20ı’Ca40
şekli, kalsiyum elementinin, 2 0 protonu ve 2 0 nötronu
olduğunu ifâde eder. Bir elementin atom numarası
sâbit olduğu hâlde kütle numarası değişik
olabilir.
İzotop: Atom numarası aynı, kütle numarası
farklı olan, aynı sembolle gösterilen ve benzer
kimyâsal-fiziksel özelliklere sâhip elementlere
izotop elementler denir. Kütle farkı nötron sayısından
meydana gelmektedir. Meselâ, atom numarası
50 olan (50 proton) kalayın tabiatta 10 tâne
izotopu vardır. Kalay elde edildiği zaman, bu on
izotopu bir arada elde edilir ve izotoplarının yüzde
oranları belirlidir. Klor gazı tabiatta 1 7CI35 (%
75,5) ve 17CI36 (% 24,5) izotoplarını ihtivâ eder. Bu
izotopların ortalaması klor elementinin atom ağırlığını
verir ki, hesaplarda bu rakam kullanılır.
Atom Ağırlığı = –
Atom Ağırlığı = –
Kütle Numarası x % + Kütle No x % +…
100
35×75,5+36×24,5
100
= 35,245Bir elementin, elde edildiği kaynak ne olursa olsun,
izotoplarının yüzde oranı sâbit olmasına rağmen,
nâdiren bâzı elementlerinki farklı olabiliyor.
Meselâ Bor’un (5B10) ve (5B11) şeklinde 2 izotopu
vardır. Elde edildiği kaynağa bağlı olarak bu izotopların
yüzdesi sıra ile % 18,98-% 18,55 ve %
81,02-% 81,55 olabiliyor. Berilyum, flüor, fosfor,
kobalt, arsenik, iyot, altın gibi bâzı elementlerin
izotopları yoktur. Tabiî olarak meydana gelen elementlerin
259 tâne kararlı izotopu olduğu hâlde, izotopu
kararlı olmayan 65 tâne tabiî element vardır.
1 1 0 0 ‘den fazla kararsız (radyoaktif) izotop vardır.
Elementlerin elektron düzeni: Element atomunun
elektronları, atomun çekirdeği etrafında belirli
kâidelere bağlı olarak yerleşir. Bu kâideler kuvantum
teorisi ile açıklanmıştır. Bu teoriye göre
çekirdek dışındaki bir elektronun 4 kuvantum sayısı
vardır. Pauli prensibine göre bir atomda bulunan iki
elektronun en azından bir kuvantum sayısı farklı olmalıdır.
Meselâ bir orbitalde ancak iki elektron bulunabilir.
Bu iki elektronun üç kuvantum sayısı aynı
olduğu hâlde, spin (dönme impulsu) kuvantları
farklıdır. Yâni birbirinin aksi yöndedir.
Kuvantum sayıları:
1. Prinsipal (baş veya aslî) kuvantum sayısı
(n): Bu kuvantum sayısı elementin atomundaki
enerji seviyelerini gösterir. Bu enerji seviyeleri
1,2,3,4,… olarak sıralanmış olup, n= 1 için K, n=
2 için L, n= 3 için M şeklinde; K,L,M,N,0,P ve Q
harfleriyle sembolize edilirler ve yedi tânedir.
Bunların her biri bir tabaka (zarf) olup, bulundurabileceği
elektron sayısı 2 .n2 formülüyle belirlenir.
Buna göre n = 1 için 2.12= 2, n = 2 için 2.22 =
8 , n = 3 için 2.32 = 18 elektron bulunabilir. K en düşük
enerji seviyesi, Q da en büyük enerji seviyesidir.
Buna göre elektronlar çekirdekten uzaklaştıkça,
yâni kuvantum sayısı büyüdükçe enerji seviyeleri
de büyümektedir.
2. Azımutal (tâlî) kuvantum sayısı (1): Bu sayı
K, L, M vs. tabakalarındaki alt tabakaları gösterir.
Her aslî (baş) kuvantum sayısına karşılık
olarak 0 ,1 ,2 ,3,… n- 1 sayılarını alırlar ki, bu sayılar
sıra ile s,p,d ve f harfleriyle gösterilir. Bu harfler
elementlerin analizlerinde kullanılan spektroskopik
terimlerin baş harfleridir, s = sharp, p =
principal, d = diffuse ve f = fundamental.
Her tabakanın (zarfın) aslî sayısı kadar alt tabakası
vardır. Bir tabaka içinde en düşük enerji seviyesi
s, en yüksek de f dir.
n = 1 için 1 = 0 olup İs orbitali
n = 2 için 1 = 0 ; 1 olup 2 s, 2 p orbitali
n = 4 için 1=0; 1;2;3 olup 4s, 4p, 4d ve 4f orbitali
vardır.
Genel olarak s enerji seviyelerinde 1 çift, p’de
3 çift, d’de 5 çift ve f de 7 çift elektron bulunabilir.
Bu elektron çiftlerinin her biri uzayda farklı yönelime mâlik olup, bir orbital (yörünge) meydana
getirir.
3. Manyetik kuvantum sayısı (m): Bu kuvantik
sayı alt tabakaların bir manyetik alandaki yönelmesini
belli eder. Bir (n) tabakasında bu sayı 0,-
1 ve + 1 değerlerini alır.
n = 3 için
1=0; m= 0
1 = 1 ; m=+l, 0 , – 1
1 = 2 ; m = +2 , +1 , 0 , – 1 , – 2
4. Spin kuvantum sayısı (Ms veya s): Bu kuvantik
sayı, elektronun kendi etrâfında dönmesini
ifâde eder ve +1 / 2 ve – 1 / 2 değerlerini alır.