118 elementi 3B sütunlar olarak karşılaştır, birine tıklayıp atomuna dal, bir parçasını ısıtıp erit ve gerçek hayattaki gösterisini izle.
Element
Fe26
Demir
İyonlaşma
763kJ/mol
İyonlaşma enerjisi
Sıra
34./ 102
ölçülenler içinde
Demir atomlarından en dıştaki elektronu koparmak için 763 kJ/mol enerji gerekir. d bloğunda yeni elektronlar içteki d alt katmanına girer ve dış s elektronlarını artan çekirdek yükünden büyük ölçüde perdeler; bu yüzden değer periyot boyunca pek az değişir.
Elementler proton sayısına (atom numarası, Z) göre dizilir. Her yatay satır bir periyottur: aynı periyottaki atomların elektronları aynı sayıda katmana yayılır. Her dikey sütun bir gruptur: aynı gruptakilerin dış katmanında aynı sayıda elektron vardır, bu yüzden benzer davranırlar (1. grup alkali metaller, 17. grup halojenler, 18. grup soy gazlar). Tablo ayrıca son elektronun girdiği alt katmana göre s, p, d ve f bloklarına ayrılır. Lantanitler ve aktinitler (f bloğu) tablo çok geniş olmasın diye altta ayrı iki satırda durur.
Metaller, yarı metaller, ametaller ve soy gazlar
Elementlerin dörtte üçünden fazlası metaldir: parlaktır, ısıyı ve elektriği iyi iletir, dövülebilir ve tepkimelerde elektron verip pozitif iyon olur. Sağ üstteki ametaller genellikle mattır, iletkenlikleri zayıftır ve elektron alır ya da paylaşır. Aradaki basamaklı çizgi boyunca yarı metaller (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po; MEB kitapları astatini de bu sınıfa koyar) iki grubun özelliklerini karıştırır: silisyumun yarı iletken olması bilgisayar yongalarını mümkün kılar. En sağdaki soy gazların dış katmanı doludur, bu yüzden neredeyse hiç tepkimeye girmezler.
Atomlar neden periyotta küçülür?
Bir periyotta soldan sağa gidildikçe her element bir proton ve bir elektron ekler, ama yeni elektronlar aynı dış katmana girer. İç katmanlar dış elektronları çekirdekten perdeler; aynı katmandaki elektronlar birbirini çok az perdeler. Böylece dış elektronların hissettiği etkin çekirdek yükü artar ve katman içeri çekilir: sodyum 190 pm, argon yalnızca 71 pm'dir. Grupta aşağı inildikçe her periyot yeni bir katman ekler, bu yüzden atomlar büyür.
Elektronu tutmak ve çekmek
İyonlaşma enerjisi atomun kendi dış elektronunu ne kadar sıkı tuttuğunu, elektronegatiflik ise bir bağdaki ortak elektronları ne kadar güçlü çektiğini ölçer. İkisi de aynı nedenle periyotta sağa doğru artar, grupta aşağı doğru azalır: dış elektronlar çekirdeğe yakın ve güçlü çekilen atomlar elektronlarını bırakmaz. Desende küçük çentikler vardır: bor berilyumdan, oksijen azottan biraz daha kolay iyonlaşır. Bor'un dış elektronu yeni bir p orbitalindedir; oksijenin dördüncü p elektronu ise bir orbitali paylaşmak zorundadır ve itilir.
Katıyı ne bir arada tutar?
Erime ve kaynama noktası, tanecikleri bir arada tutan kuvvetin gücünü gösterir. Kovalent ağlar (elmas, grafit, silisyum, bor): her atom komşularına güçlü bağlarla bağlıdır, erimek için bağların kopması gerekir: çok yüksek. Metaller: pozitif iyonlar ortak bir elektron denizinde durur. Atom başına ne kadar çok elektron paylaşılırsa bağ o kadar güçlüdür: alkali metaller yumuşaktır ve düşük sıcaklıkta erir, d bloğunun ortasındaki tungsten 3695 K'de erir. Moleküller (H₂, O₂, Cl₂, I₂) ve soy gaz atomları: tanecikleri yalnızca zayıf London kuvvetleri tutar: çok düşük. Büyük moleküller birbirini daha çok çeker; bu yüzden Cl₂ gaz, I₂ katıdır.
Yoğunluk
Yoğunluk, birim hacmin kütlesidir: ρ=m/V. Bir metalin yoğunluğu, atomlarının ne kadar ağır olduğuna ve ne kadar sıkı dizildiğine bağlıdır. Tabloda aşağı inildikçe atomlar çok ağırlaşır ama pek büyümez; en yoğun element osmiyumdur (22,6 g/cm³), lityum ise sudan hafiftir (0,53 g/cm³). Gazlarda tanecikler birbirinden çok uzak olduğundan yoğunlukları katılarınkinin yaklaşık binde biridir.
ρ=Vm
Atomun içinde
Atomun kütlesinin neredeyse tamamı küçücük çekirdektedir: pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar. Çevresindeki negatif elektronlar atomun hacmini oluşturur; çekirdek atomdan yaklaşık 100 000 kat küçüktür. Proton sayısı (Z) elementi belirler; nötr bir atomda elektron sayısı da Z'dir. Kütle numarasıA proton ve nötronların toplamıdır. Aynı elementin nötron sayısı farklı atomlarına izotop denir: karbon-12 ve karbon-14'ün ikisi de karbondur, ama karbon-14'ün iki fazla nötronu vardır ve radyoaktiftir.
A=Z+N
Katmanlar, alt katmanlar ve orbitaller
Elektronlar gezegenler gibi belirli yörüngelerde dönmez. Kuantum fiziğine göre yalnızca bir elektronun nerede bulunma olasılığının yüksek olduğunu bilebiliriz; bu olasılık bulutuna orbital denir. Her katman (n=1,2,3…) alt katmanlara ayrılır: s (1 orbital), p (3), d (5) ve f (7). Her orbital en fazla 2 elektron alır, bu yüzden alt katmanlar 2, 6, 10 ve 14 elektronla dolar; n. katman en fazla 2n2 elektron taşır. s orbitali küredir, p orbitalleri üç eksen boyunca halterler, d orbitalleri çoğunlukla dört yapraklı yoncalardır.
shell n holds at most 2n2 electrons
Dolma sırası ve kuralı bozanlar
Elektronlar genellikle önce en düşük enerjili alt katmana girer. Bu sıra n+ℓ kuralıyla bulunur (ℓ: s = 0, p = 1, d = 2, f = 3): 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d…. 4s'nin 3d'den önce dolması bu yüzdendir. Aynı alt katmanda elektronlar önce orbitallere tek tek yerleşir (Hund kuralı). Ama kural her zaman tutmaz: krom[Ar]3d54s1 ve bakır[Ar]3d104s1 dizilimine sahiptir, çünkü yarı dolu ya da tam dolu bir d alt katmanı atomun enerjisini düşürür. Ağır elementlerde enerjiler birbirine çok yaklaştığı için bu tür istisnalar daha sıktır.
İyonlar
Atom elektron kaybederse pozitif iyon (katyon), elektron kazanırsa negatif iyon (anyon) olur; proton sayısı hiç değişmez. Ana grup elementleri genellikle en yakın soy gazın dizilimine ulaşacak kadar elektron alıp verir: Na → Na⁺, Mg → Mg²⁺, Cl → Cl⁻, O → O²⁻. Katyon atomundan küçüktür (aynı çekirdek daha az elektronu daha sıkı çeker), anyon atomundan büyüktür (fazladan elektronlar birbirini iter). Geçiş metalleri önce en dıştaki s elektronlarını kaybeder: Fe²⁺ [Ar]3d6'dır.
charge=protons−electrons
Hâller ve sıcaklık
Sıcaklık, taneciklerin ortalama hareket enerjisinin ölçüsüdür. Katıda tanecikler yerlerinde titreşir, sıvıda birbirine tutunarak kayar, gazda serbestçe uçuşur. Saf bir madde sabit sıcaklıkta erir ve kaynar. Bilimde sıcaklık kelvin ile ölçülür: 0K mutlak sıfırdır ve T(K)=t(°C)+273,15. Gaz taneciklerinin ortalama hızı v=3RT/M ile bulunur: aynı sıcaklıkta hafif tanecikler daha hızlıdır. Oda sıcaklığında hidrojen molekülleri saniyede yaklaşık 1900 m yol alır.
v=M3RT
Atomların ışığı
Bir atom ısıtıldığında ya da içinden elektrik geçtiğinde elektronları daha yüksek enerji düzeylerine çıkar. Geri düşerken aradaki enerji farkını ışık olarak verir. Enerji düzeyleri her elementte farklı olduğu için her element yalnızca kendine özgü dalga boylarında ışık yayar: bu çizgiler elementin parmak izidir. Sodyum lambaları 589 nm'deki sarı-turuncu çiftle, neon tabelalar kırmızı-turuncu çizgilerle parlar. Gökbilimciler yıldızların neyden yapıldığını bu çizgilerle bulur.
Ephoton=Ehigh−Elow
Kararsız çekirdekler ve yapay elementler
Bizmut (83) ve ondan sonraki elementlerin, ayrıca teknetyum (43) ve prometyumun (61) hiç kararlı izotopu yoktur: çekirdekleri alfa ya da beta parçacıkları saçarak bozunur (bizmut-209 o kadar yavaş bozunur ki uzun süre kararlı sanıldı). Bir izotopun yarısının bozunması için geçen süreye yarı ömür denir. Uranyumdan ağır elementlerin çoğu doğada yoktur; bilim insanları onları hızlandırıcılarda çekirdekleri çarpıştırarak birer birer yapar. Bu yüzden en ağırlarının erime noktası ya da yoğunluğu bilinmez.
Beceriler ve müfredat
Atomun yapısı ve izotoplar
7–9. sınıf
Proton, nötron ve elektron sayılarını atom numarası ve kütle numarasından bulur; izotopların aynı element olduğunu, yalnızca nötron sayısının değiştiğini açıklar.
Başlanmadı
MEB 7. sınıf · Maddenin Doğasına Yolculuk · FB.7.5.1MEB 9. sınıf · Etkileşim · KİM.9.1.3NGSS HS-PS1-1
Periyodik tabloda yer bulma
7–9. sınıf
Grup, periyot ve bloğu okur; elementleri metal, yarı metal, ametal ve soy gaz olarak sınıflandırır; ilk 18 elementin ve yaygın elementlerin adlarını ve sembollerini bilir.
Başlanmadı
MEB 7. sınıf · Maddenin Doğasına Yolculuk · FB.7.5.5, FB.7.5.6MEB 8. sınıf · Madde ve Endüstri · F.8.4.1.1, F.8.4.1.2MEB 9. sınıf · Etkileşim · KİM.9.1.6NGSS HS-PS1-1
Elektron dizilimi, orbitaller ve iyonlar
9–10. sınıf
Elektronları orbitallere dolma sırasına göre yerleştirir, değerlik elektronlarını ve istisnaları (Cr, Cu) açıklar; atomların elektron vererek ya da alarak hangi iyonu oluşturduğunu dizilimden çıkarır.
Atom yarıçapı, iyonlaşma enerjisi ve elektronegatifliğin periyotta ve grupta nasıl değiştiğini çekirdek yükü, katman sayısı ve perdelemeyle açıklar.
Başlanmadı
MEB 9. sınıf · Etkileşim · KİM.9.1.8NGSS HS-PS1-1
Hâller, erime ve kaynama
5–10. sınıf
Bir maddenin bir sıcaklıktaki hâlini erime ve kaynama noktalarından bulur, Kelvin ile Celsius arasında dönüşüm yapar ve taneciklerin hareketinin sıcaklıkla nasıl değiştiğini açıklar.
Başlanmadı
MEB 5. sınıf · Maddenin Doğası · FB.5.5.1, FB.5.5.4MEB 6. sınıf · Maddenin Ayırt Edici Özellikleri · FB.6.5.2MEB 8. sınıf · Madde ve Endüstri · F.8.4.5.2, F.8.4.5.3MEB 10. sınıf · Etkileşim · KİM.10.1.8NGSS MS-PS1-4
Taneciklerin arasındaki etkileşim ve erime noktası
9–10. sınıf
Metalik bağ, kovalent ağ, moleküller arası ve soy gaz atomları arasındaki zayıf etkileşimlerle elementlerin erime ve kaynama noktalarının neden bu kadar farklı olduğunu açıklar.
Başlanmadı
MEB 9. sınıf · Çeşitlilik · KİM.9.2.1, KİM.9.2.8, KİM.9.2.10NGSS HS-PS1-3
Yoğunluk
6–8. sınıf
ρ = m / V bağıntısıyla kütle, hacim veya yoğunluğu hesaplar; yoğunluğu bir maddeyi tanımak için kullanır ve gazların neden çok az yoğun olduğunu açıklar.
Başlanmadı
MEB 6. sınıf · Maddenin Ayırt Edici Özellikleri · FB.6.5.3, FB.6.5.4
Atomların ışığı: yayınma spektrumu
9–10. sınıf
Her elementin kendine özgü renkte ışık yaydığını (alev testi, gaz tüpü), çizgilerin elektronların enerji düzeyleri arasındaki geçişlerden geldiğini açıklar ve bir elementi spektrumundan tanır.
Başlanmadı
MEB 9. sınıf · Etkileşim · KİM.9.1.3NGSS HS-ESS1-2
Görev 1/24Kur0/24 ✓
En sıkı tutan
Sütun yüksekliğini İyonlaşma yap ve dış elektronunu en sıkı tutan elementi, yani en uzun sütunu seç.
Simülasyonda dene — hedefe ulaştığında görev kendiliğinden tamamlanır.