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, O2 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°Cve 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 22,8 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 fluor 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) olduğundan, element serbest hâldeyken nötr olarak kabul edilir. Elementin proton sayısı atom numarasına eşittir. Elementin sembolünün altında gösterilir. Meselâ 20Ca hâli kalsiyum atomunun atom numarasının 20 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;

40Ca veya 20Ca40
20

şekli, kalsiyum elementinin, 20 protonu ve 20 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 17Cl35 (% 75,5) ve 17Cl36 (% 24,5) izotoplarını ihtivâ eder. Bu izotopların ortalaması klor elementinin atom ağırlığını verir ki, hesaplarda bu rakam kullanılır.

Kütle Numarası x % + Kütle No x % +...
Atom Ağırlığı = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
100

35x75,5+36x24,5

Atom Ağırlığı = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 35,245

100

Bir 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, fluor, 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. 1100’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,O,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 ls orbitali

n = 2 için 1= 0; 1 olup 2s, 2p 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=+1, 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.

ELEMENTLERİN PERİYODİK SİSTEMİ (Devri tasnif cedveli),GİRECEK