Periyodik Tabloyu Yapan Bilim Adamları

2019 yılı, Dmitry Mendeleyev’in (1834-1907) elementlerin periyodik tablosunu düzenlemesinin 150. yılı.

Mendeleyev’in tablosu, 1869 yılında yayınlandığında atom altı parçacıklar henüz bulunmamıştı. Bu yüzden hazırladığı tablo tam olarak doğru değildi. Fakat onun çalışmasının en önemli özelliği, elementlerin atom ağırlıkları ile fiziksel ve kimyasal özellikleri arasında bağ olduğunu ortaya koyarak fizikte ve kimyada, bilinmeyen elementlerin keşfine ve elementlerin özelliklerinin daha iyi anlaşılmasına götüren yeni bir dönemi başlatmış olmasıdır.

Elementlerin keşiflerinin tarihi, aynı zamanda fizikteki ve kimyadaki gelişmelerin tarihidir.

Milattan önce sadece yedi element biliniyordu; altın, gümüş, bakır, kurşun, kalay, demir ve cıva. Metal cevherlerinin ateşle eritilmesi tarihteki en büyük devrimlerden biridir. Bu sayede bileşik haldeki cevherlerden saf metaller elde edilmeye başlandı. Yine ateşin yardımıyla metaller karıştırılarak alaşım yapılabildi.

Ateş, hava, su ve toprağın temel elementler olduğu düşüncesi yaklaşık 2000 yıl boyunca insan düşüncesine egemen oldu.

Thales (MÖ 624-546) suyun en temel madde olduğunu düşünüyordu. Thales’e göre her şey sudan geliyordu.

Anaksimandros (d. MÖ 610) ise temel maddenin, aperion adını verdiği, niteliği belirsiz niceliği ise sonsuz olan bir madde olduğunu düşünüyordu.

Anaksimenes (MÖ 585-525) için de en temel (ayrıştırılamaz) madde havaydı.

Aristoteles (MÖ 384-322), bilinen yedi metalin toprak, hava, ateş ve sudan geldiğini, her cismin bu dört maddenin çeşitli oranlardaki karışımlarından oluştuğunu düşünüyordu.

Simyacılar için en önemli hedef, kurşun ya da cıva gibi ana metallerin altına nasıl dönüştürülebileceğinin bilgisine ulaşmaktı. Bu amaçla cevherlere çok çeşitli işlemler uyguladılar. Simyacıların bu çabaları, hem yeni elementlerin bulunmasına yol açtı hem de bazıları 17. yüzyıla kadar kullanılan kimya aletlerinin icat edilmesini sağladı.

Simyadan kimyaya geçiş, havanın özelliklerinin incelenmesi ve oksijenin keşfi dönemine karşılık gelir.

Robert Boyle (1627-1691), atomculuğu benimsemişti. Aristoteles’in fikirlerini reddetti ve ateş, toprak, hava ve su dahil her şeyin atomlardan meydana geldiğini ileri sürdü. Bununla birlikte Boyle’un atomları lego gibiydi, ona göre elementleri farklı kılan şey atomların biçimlerinin ve boyutlarının farklı olmasıydı.

 Pristley (1733-1804), gerçekte oksijeni izole etmeyi başarmıştı ama ona “flojistonsuzlaştırılmış hava” demişti. Flojistonun da, flojistonsuzlaştırılmış havanın da olmadığını gösteren kişi Lavoisier (1743-1794) oldu.

Lavoisier, suyun oksijen ve hidrojenden oluştuğunu gösterdi. Kimyasal tepkimelerde kütlenin korunumu ilkesini ortaya koyarak kimyada bir devrim yaptı, kimyayı matematikselleştirdi. 33 elementten oluşan bir tablo hazırladı (bu tablodaki elementlerden bazıları bugün element sayılmamaktadır). Lavoisier, elementi, “kimyasal analizle artık ayrıştırılamayan şey” diye tanımlayarak kimyada (ve fizikte) önemli bir yol açmıştır. Lavoisier’nin sıraladığı elementlerden bazıları aslında bileşikti, fakat Lavoisier onları ayrıştıramamıştı.

Proust (1754-1826), her bileşiğin farklı bir formülü olduğunu ve bu nedenle elementlerin ancak belirli biçimlerde birleşebildiğini ileri sürdü. Ona göre, bir bileşikteki elementler, her zaman sabit orantılı ağırlıkta bulunabilirlerdi.

Dalton (1766-1844), atmosferdeki gazların hareketleriyle ilgili gözlemlerinin sonucunda, her maddenin, katı, bölünemez ve yok edilemez atomlardan oluştuğunu ileri sürdü. Dalton, oksijenin, hidrojenin, sülfürün aynı maddeden yapıldığını ama atomlarının boyutlarının ve biçimlerinin farklı olduğunu düşünüyordu. Dalton’un atomla ilgili düşünceleri, kimyacıları elementlerin farklı sayıda atomlara sahip olduğu düşüncesine yöneltmiştir. Dalton atomları tartmayı da denedi ve bu deneyiminin sonucunda elementlerin görece ağırlıkları kavramına ulaştı. Dalton’un hesaplamaları günümüzde artık geçerli değil fakat onun atom ağırlıklarını ölçme yolu hakkındaki fikirleri, periyodik tablodaki atom ağırlıkları kavramına götürmüştür. Dalton aynı zamanda ilk defa kimyasal simgeler kullanan bilimcidir (Berzelius (1779-1848) ise atomları harflerle ifade etmişti).

Pilin 1800’de Volta (1745-1827) tarafından icadı, kimyada yeni bir devreyi başlattı. Pilin sağladığı sürekli elektrik sayesinde artık elektroliz yoluyla bileşikler bileşenlerine ayrılabiliyordu. Bu yoldan yeni elementler elde edildi. (1859’da Kirchhoff (1824-1887) ve Bunsen (1811-1899) tarafından spektroskop aygıtının ve spektroskopi metodunun geliştirilmesiyle de birçok yeni element keşfedildi).

Davy (1778-1829), “elektroliz, elementlerin artı veya eksi kutba gitmesine neden oluyorsa, o takdirde, elementlerin kendileri de artı veya eksi yüklü olmalı” diye düşünmüştü. Bu düşünce kimyada yeni bir çığır açtı. Çünkü elementlerin elektriksel yüklerinin, onların periyodik tablodaki yerleriyle ilgisi vardı.

Gay-Lusaac (1778-1850), gazların hep tam sayıların katları hacimler halinde birleştiğini fark etti.

Avogadro (1776-1856) ise eşit hacimdeki gazların (eşit basınç ve sıcaklıkta) aynı sayıda molekül içerdiğini öne sürdü.

Döbereiner (1780-1849), bazı elementlerin oluşturduğu üçlü gruplar olduğunu farketti öyle ki bir elementin atom ağırlığı, diğer iki elementin atom ağırlıklarının yaklaşık olarak ortalaması oluyordu.

1860’lı yıllarda Newlands (1837-1898), Meyer (1848-1897) ve Mendeleyev, elementlerin atom ağırlıklarına göre listelendiklerinde periyodik özellikler gösterdiklerini keşfettiler. Newlands 1864 yılında hazırladığı, atom ağırlıklarına göre sıraladığı 51 elementlik tabloda, her sekizinci elementin yaklaşık olarak benzer özellikler taşıdığını (oktavlar ilkesi) ileri sürdü. Böylece elementler tablosu periyodik yasa gereğince periyodik olma niteliğini kazandı. Böylece periyodiklik ilkesi, yeni elementlerin tabloda olabilecekleri yerleri düşündürttü ve nitekim daha sonra bazı elementler, olmaları gereken yerlerde keşfedildiler.

Artık atom ağırlıklarına göre, bilinmeyen elementlerin keşfini tahmin etmek aşamasına gelinmişti. Bu keşfin onuru Mendeleyev’e aittir. Mendeleyev ilk elementler tablosunu 1869’da yayınladı. 1871’de daha doğru olan ikinci tablosunu düzenledi. Bu tablolarında, bilinen elementleri atom ağırlıklarına göre periyodlar halinde sıralamıştı. Mendeleyev tablosunda boşluklar bırakacağı yerleri biliyordu ve bu boşluklar, yeni elementlerin nerede aranması gerektiğini gösteriyordu. Nitekim bazı elementler Mendeleyev’in tahmin ettiği aralıklarda bulunmuştur. Örneğin 1879’da skandiyumun keşfi, periyodik yasanın onaylanmasında önemli bir kanıt oluşturmuştu. Çünkü bu elementin özellikleri, Mendeleyev’in öngörülerine çok yakındı. Mendeleyev’in tablosu, yalnızca önceden bilinmeyen elementlerin bulunmasını sağlamakla kalmamış, aynı zamanda bazı elementlerin kabul edilen atom ağırlıklarındaki hataları düzeltmek için de kulanılmıştır.

Günümüzdeki periyodik elementler tablosunun yaratıcısının Mendeleyev olduğu kabul ediliyor. Mendeleyev 1907’de öldüğünde öğrencileri cenaze töreninde büyük periyodik tablo posterlerini taşımışlardı.

Atom altı parçacıklarının bulunması, fizikte, kimyada ve periyodik tablonun düzenlenmesinde yeni bir dönemi başlattı. Mendeleyev elementler düzeninde anahtar rolün atom ağırlığında olduğunu düşünmüştü. Moseley (1887-1915) (Çanakkale savaşında 28 yaşında öldü) ise düzenin altında yatan asıl nedenin atom ağırlığı değil, her bir elementin atomunun sahip olduğu proton sayısı olduğunu ileri sürdü. Ancak nötronun keşfi, Moseley’in ölümünden sonra keşfedildiği için Moseley, atomun ağırlığının ve kütlesinin hesaplanmasında nötronu dikkate alamadığından kesin sonuçlara ulaşamamıştı.

Böylece atom altı parçacıkların periyodik tablonun daha kesin sonuçlarla düzenlenmesindeki kilit rolü ortaya çıkmıştı.

Periyodik tablo ile kuantum teorisi arasındaki ilişki, bilim tarihi bakımından önemlidir. Çünkü bu ilişki iki taraflıdır ve elementler tablosu da basit bir elementler bilançosu değil, fizikteki ve kimyadaki gelişmeleri, elementlerin daha iyi anlaşılması yönünde yansıtan ve yeni elementlerin keşfine yol açan dinamik bir tablodur.

Başlangıcından beri kuantum teorisindeki gelişmeler periyodik tablonun mükemmelleşmesine yol açarken, periyodik tablonun ortaya çıkardığı bazı sorular da yeni araştırma alanları açarak kuantum teorisinin gelişmesine hizmet etmiştir. Nitekim Niels Bohr (1885-1962), 1922 yılında atomlarının en dıştaki kabuklarında aynı sayıda elektron bulunduran elementlerin çok benzer özellikler taşıdığını ve benzer elementlerin tabloda periyodik olarak göründüğünü ileri sürdü. Bohr’dan sonra Wolfgang Pauli (1900-1958)’nin 1925 yılında geliştirdiği ve kuantum teorisinin en önemli ilkelerinden biri olan dışarlama ilkesi ve aynı yıl Uhlenbeck (1900-1988) ve Goudsmit (1902-1978)’in ortaya koyduğu, elektronlardaki spin olgusu, periyodiklik olgusuna önemli açıklamalar getirdi. Daha sonraki yıllarda da başka bilimciler periyodik tabloyu aktif bir araştırma alanı olarak kullandılar ve periyodik tablonun getirdiği yeni sorulara yanıt bulmaya çalıştılar.

Elementler tablosundaki periyodiklik olgusuna daha kesin ve kapsamlı açıklamalar getirme çabaları, günümüzde de kuantum teorisi çalışmalarının bir bölümünü oluşturmaktadır.

Osman Bahadır

Yararlanılan başlıca kaynaklar:

F. Bynum, E. J. Browne (ed.); The History of Science, Macmillan Reference Books, USA, 1983.
Dominique Lecourt (ed.); Dictionnaire d’histoire et philosophie des sciences, puf, Paris, 1999.
Kenneth W. Ford; 101 Soruda Kuantum, Çev; Barış Gönülşen, Alfa Yayınları, İstanbul, 2011.

Kimyasal elementlerin sınıflandırıldığı periyodik cetvel ismiyle de kullanılır. Periyodik tablo bilinen bütün elementlerin artan atom numaralarına sınıflandırıldığı bir tablodur. Peki periyodik cetveli kim buldu?

Dimitri Mendeleyev’in bilinen tüm elementleri atom kütlelerinin büyüklüğüne göre sıralayarak oluşturduğu listeye periyodik tablo denir. İşte periyodik tablo hakkında bilgiler ve tarihçesi…

PERİYODİK TABLO NEDİR?

Periyodik tablo, kimyasal elementlerin sınıflandırılması için geliştirilmiş tablodur. Dilimizde periyodik tablo, periyodik cetvel, periyodik çizelge, elementler tablosu gibi birçok şekilde isimlendirilmiştir. Bu tablo bilinen bütün elementlerin artan atom numaralarına (buna proton sayısı da denir) göre bir sıralanışıdır. Periyodik cetvelden önce de bu yönde çalışmalar yapılmış olmakla birlikte, icadı genellikle Rus kimyager Dimitri Mendeleyev’e mal edilir. 1869’da Mendeleyev, tabloyu, atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlanıyor olmasından oluşturmuştur. 117. Elementin güncellenmiş adı “Tennessine”dir.

PERİYODİK TABLO TARİHÇESİ

Altın, gümüş, kalay, bakır, kurşun ve cıva demir gibi elementler eski çağlardan beri biliniyordu. Bir elementin ilk bilimsel olarak bulunması 1649 yılında Henning Brand’ın fosforu bulmasıyla başlamıştır. Bundan sonraki 200 yıl boyunca elementler ve onların bileşikleri hakkında kimyacılar tarafından pek çok bilgi elde edilmiştir. Bununla beraber 1869 yılına kadar toplam 63 element bulunabilmiştir.

1817 yılında Johann Dobereiner benzer kimyasal özelliklere sahip olan stronsiyum, kalsiyum ve baryuma bakarak, stronsiyumun atom ağırlığının kalsiyum ve baryum atom ağırlıklarının ortasında olduğuna dikkat çekmiştir. 1829 yılında klor, brom ve iyot üçlüsünün de benzer özellikler gösterdiği bulunmuştu. Yine benzer davranış lityum,sodyum ve potasyum için de gözleniyordu. 1829 ve 1858 yılları arasında bu konuda pek çok araştırma yapıldı. Bu sırada halojenler grubu katıldı. Oksijen, kükürt, selenyum ve tellür bir grubun üyesi olarak düşünülürken azot, fosfor, arsenik, antimon ve bizmut başka bir grup içine yerleştirildiler.

İlk periyodik tabloyu oluşturma şerefi Fransız bilim adamı A. E. Beguyer de Chancourtois’e düştü. De Chancourtois, silindirin çevresine 16 kütle birimleri yerleştirerek element ve iyonları buraya oturttu. Benzer özelliklerdeki elementler bu silindir üzerinde düşey satırlarda gruba ayırmıştı. Atom ağırlıkları sekizin katı kadar olan elementlerin özellikleri benzerdi. 1864 yılında yazılan bir yazıda Newlands bunu Oktav kanunu (Law of Octaves) olarak tanımladı. Bu kanuna göre herhangi bir element tablodaki sekizinci elementle benzerlikler gösteriyordu.

Genelde periyodik tablonun babası olarak Alman bilim adamı Julius Lothar Meyer ve Rus bilim adamı Dimitri Mendeleyev kabul edilir. Her ikisi de birbirinden habersiz olarak dikkate değer benzer sonuçlar ürettiler. Mendeleyev atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını görmüştür. Daha sonra elementleri tekrarlanan özelliklerine göre alt alta sıralayarak ilk iki periyodu yedişer, sonraki üç periyodu ise onyedişer element içeren bir periyodik sistem hazırlamıştır. Mendeleyev’in hazırladığı periyodik sistemde bazı yerleri henüz keşfedilmemiş elementlerin olduğunu düşünerek boş bırakmıştır. Daha sonra bulunan skandiyum, galyum, germanyum elementleri tablodaki boşluklara yerleşmişlerdir.

1895 yılında Lord Rayleigh, yeni bir soygaz (argon) keşfettiğini bildirdi. Bu element periyodik tabloda bilinen hiçbir yere oturtulamadı. 1898 yılında William Ramsay bu elementin klor ile potasyum arasında bir yere konulabileceğini önerdi. Helyum da aynı grubun bir üyesi olarak düşünüldü. Bu grup elementlerinin değerliklerinin sıfır olması nedeniyle sıfır grubu olarak adlandırıldı.

Mendeleyev’in periyodik tablosu her ne kadar elementlerin periyodik özelliklerini gösterse de neden özelliklerin tekrarlandığı konusunda herhangi bir bilgi vermemektedir.

MODERN PERİYODİK YASA

1911’de Ernest Rutherford atom çekirdekleri alfa parçacıklarının saçılması deneyiyle çekirdek yükünün belirlenebileceğini gösterdi. Rutherford’un gösterdiği diğer bir şey bir çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğuydu. Yine 1911’de A. Van den Broek bir seri çalışmasıyla elementlerin atom ağırlıklarının atom üzerindeki yüke yaklaşık eşit olduğunu gösterdi. Bu yük daha sonra atom numarası olarak tanımlandı ve periyodik tablodaki elementleri yerleştirmede kullanıldı. 1913’te Henry Moseley bir grup elementin X-ışınlar tayf çizgilerin dalga boylarını ölçerek, atom numarası ile elementlerin X-ışınları dalga boylarının ilişkili olduğunu gösterdi. Bu çalışma Mendeleyev, Mayer ve diğerlerinin yaptığı gibi atom ağırlıklarını temel seçmedeki yanlışlığı gösteriyordu.

Fakat neden periyodik özellikler gözleniyor sorusunun yanıtı ise Niels Bohr un elementlerdeki elektronik yapıyı incelemesiyle başlar denilebilir.

Periyodik tablodaki en son büyük değişiklik, 20. yüzyılın ortalarında Glenn Seaborg’un çalışmasıyla ortaya çıktı. 1940’ta plutonyumu bulmasıyla başlayan araştırması, 94 den 102 ye kadar olan tüm uranyum ötesi elementleri bulmasıyla sürdü. Periyodik tablodaki lantanit serisinin altına aktinitler serisini yerleştirdi. 1951’de Seaborg bu çalışmaları ile kimyada Nobel Ödülünü kazandı. 106 nolu element seaborgiyum (Sg) olarak adlandırıldı.

AltınBilimbilim adamıNobelVan