Periyodik sistem ve elektron dizilimleri arasında sıkı bir ilişki vardır. Mesela; bir atomun temel haldeki orbital dizilimine bakarak, atomun grup ve periyot numarasını kolayca bulabiliriz.

Elektron Diziliminde Enerji

• Orbitalin enerjisi demek aslında, orbitaldeki elektronların enerjisi demektir.
  • Orbitalin enerjisi yüksekse, o orbitaldeki elektronların de enerjisi yüksek demektir.
• Elektronların da Potansiyel ve Kinetik Enerjileri vardır.
• “Elektronun Enerjisi” diyorsak, Potansiyel mi Kinetik mi olduğunu belirtmiyorsak, kastettiğimiz enerji Potansiyel Enerjidir.
• Atomlarda orbitaller, en düşük potansiyel enerjiliden başlayarak yüksek enerjiliye doğru dizilmişlerdir:

• Potansiyel Enerji: 1s orbitalinden itibaren artarak gider.
• Kinetik Enerji: 1s orbitalinden itibaren azalarak gider.
• Aynı orbitalin iki elektronunun kinetik ve potansiyel enerjileri eşittir.
• p, d ve f orbitallerindeki kardeş orbitallerin, kinetik enerjileri eşittir.
• p, d ve f orbitallerindeki kardeş orbitallerin, potansiyel enerjileri eşittir.

Örnek:

Yukarda siyah çizgiler ile gösterilen 3 elektrondan biri x, diğeri y ve üçüncüsü de z olarak adlandırılmıştır.

Buna göre, bu üç elektronun, kinetik ve potansiyel enerjilerine göre karşılaştırmasını yapınız.

Cevabı göster

Cevap

Kinetik enerji sıralaması: x > y = z
Potansiyel enerji sıralaması: x < y = z

Çözümü göster

Örneğin çözümü:

Orbital diziliminde 3p orbitalleri 3d orbitallerinden önce gelir. Kural gereği, önce gelen, 3p orbitallerindeki elektronların kinetik enerjileri daha büyük, potansiyel enerjileri daha küçüktür.

Alt obitallerde (kardeş orbitallerdeki) elektronların kinetik enerjileri de eşittir, potansiyel enerjileri de eşittir. Bu durumda y ve z elektronları anı kinetik enerjiye ve aynı potansiyel enerjiye sahiptir. Sonuçta sıralama:

Kinetik enerji sıralaması: x > y = z

Potansiyel enerji sıralaması: x < y = z

şeklinde olmalıdır.

Küresel Simetrik Atomlar ve İyonlar

• Dizilimindeki son orbitali, tam dolu ya da yarı dolu olan atom ya da iyonlar, küresel simetri gösterir.
  • Yani; şu orbitallerden herhangi biri ile biten herkes küresel simetriktir:
    • s¹ – s²
    • p³ – p⁶
    • d⁵ – d¹⁰
    • f⁷ – f¹⁴
• Son orbitali, tam dolu olan atom veya iyonlar, tam küresel simetriktir.
  • Tam küresel simetrik atomlar şu orbitaller ile biter:
    • s²
    • p⁶
    • d¹⁰
    • f¹⁴

• Son orbitali, yarı dolu olan atom veya iyonlar, yarı küresel simetriktir.
  • Yarı küresel simetrik atomlar şu orbitaller ile biter:
    • s¹
    • p³
    • d⁵
    • f⁷

• Küresel simetrik atomlar, şekil olarak tam bir küreye benzeyen atomlardır.
• Küresel simetri özelliği, atomlara, kararlılık kazandırır.
  • Mesela; bütün soy gaz atomları küresel simetriktir. Bu yüzden hiç bir kimyasal tepkimeye katılmazlar.

d⁴ – d⁹ Kuralı

• Bu kural, ₂₄Cr ve ₂₉Cu atomlarına özel bir kuraldır.
• Bu iki atomun temel hallerine ait orbital dizilimine baktığımızda birinin d⁴ diğerinin d⁹ orbitalleri ile bitmesi gerektiğini görürüz:
  
  
  • Cr₂₄ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴
  • Cu₂₉ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹
    
    
• Ama yapılan ölçümler, ortaya çıkarmıştır ki bu iki atom asla 3d⁴ ve 3d⁹ ile sonlanmamaktadır. Doğrusu şöyledir:
  
  
  • Cr₂₄ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵
  • Cu₂₉ : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰
    
    
• Yani, temel haldeki atomlarda, son orbital, d⁴ veya d⁹ olduğunda; bir önceki s² orbitali, bir elektronunu bu orbitallere göndermektedir. s² orbitalinden bir elektron gelince;
  • d⁴ dizilimi d⁵
  • d⁹ dizilimi de d¹⁰ olmaktadır.
• Bu olay kendiliğinden, doğal yollarla gerçekleştiği için, yukarıdaki dizilimler atomların aynı zamanda temel hali olarak kabul edilir.
• Sonuç olarak; ₂₄Cr ve ₂₉Cu atomları, temel halde küresel simetriktir.

Orbital Dizilimi ile Grup-Periyot Bulma

• Orbital dizilimi ile bütün atomların, periyodik sistemdeki grubu ve periyodu bulunabilir.
  • Bunun için, mutlaka, atomun, temel halinin orbital dizilimini yapmamız gerekmektedir.
  • Temel halde iken atomlar, nötür olurlar ve elektron dizilimleri olması gerektiği gibi, kurallara uygun olur.

Orbital Diziliminden Periyot Bulma

• Atomların orbital dizilimine baktığımızda, orbitallerin önündeki en büyük katsayı, atomun periyot numarasıdır.
• Atomların periyot numarası demek, yörünge sayısı demektir.
  • Mesela; bir atomun 4 tane yörüngesi varsa, o atom 4. periyot atomudur.

Orbital Diziliminden Grup Bulma

• Periyodik tablo, atomların son orbitallerine göre bloklara ayrılmıştır. Bu bloklar şunlardır:
  • s bloğu: 1A ve 2A grupları
  • p bloğu: 3A, 8A ve arasındaki gruplar
  • d bloğu: Bütün B grupları
  • f bloğu: Lantanitler ve Aktinitler

• Orbital diziliminden grup bulmak istediğimizde, atomun son orbitaline bakmalıyız. Atomun grup numarası ile ilgili bütün bilgi bu orbitaldedir.
  • Son orbitali s olan bir atomun grup numarası ya 1A ya da 2A’dır:
    • s¹ : 1A grubu
    • s² : 2A grubu
  • Son orbitali p olan bir atomun grup numarası, 3A-8A arasındadır. p orbitalinin elektron sayısına 2 eklersek, atomun kaç A grubunda olduğu ortaya çıkar:
    • p¹ : 3A grubu
    • p² : 4A grubu
    • p³ : 5A grubu
    • p⁴ : 6A grubu
    • p⁵ : 7A grubu
    • p⁶ : 8A grubu
  • Son orbitali d olan bir atom, 1B – 8B gruplarından birinde yaşıyordur, yani bir geçiş metalidir. Genel olarak d orbitalinin elektron sayısına 2 eklersek atomun kaç B grubunda yaşadığını buluruz.
    • d¹ : 3B grubu
    • d² : 4B grubu
    • d³ : 5B grubu
    • d⁴ : 6B grubu (4s¹3d⁵ ile biter)
    • d⁵ : 7B grubu
    • d⁶ : 8B grubu (birincisi)
    • d⁷ : 8B grubu (ikincisi)
    • d⁸ : 8B grubu (üçüncüsü)
    • d⁹ : 1B grubu (4s¹3d¹⁰ ile biter)
    • d¹⁰ : 2B grubu
• Son orbitali f olan bir atom ya Lantanittir ya da Aktinit. Hangisi olduğunu, atomun periyot numarasına bakarak analarız.
  • Lantanitler 6 periyotta
  • Aktinitler ise 7. periyotta bulunurlar.