Dimitri Mendeleyev Elementlerin Sınıflandırılması

Bugün, Periyodik tablonun babası olarak kabul edilen Dimitri Mendeleyev’in Rus Kimya Topluluğu önünde yaptığı resmi Periyodik tablo sunumunun yıl dönümü. Gelin bu özel günde, elementlerin tarihine kısaca bir göz atalım.

Kimyasal elementlerin sınıflandırılması için geliştirilmiş olan Periyodik tabloda bilinen bütün elementler artan atom numaralarına göre sıralanır. Bugün kullandığımız haline en yakın olan tablonun mucidi Rus kimyager Dimitri Mendeleyev’dir. 1869'da Mendeleyev, atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını fark eder.

Bir elementin bilimsel keşfi

Altın, gümüş, kalay, bakır, kurşun ve cıva demir gibi elementler eski çağlardan beri biliniyordu. Bir elementin bilimsel keşfi ilk kez, 1649 yılında Alman simyager Hennin Brand'ın fosforu bulmasıyla başlar. Devamındaki 200 yıl boyunca kimyacılar, elementler ve onların bileşikleri hakkında pek çok bilgi edinir. Ancak 1869 yılına kadar toplam 63 element bulunabilmiştir.

1817 yılında Alman kimyacı Johann Dobereiner, benzer kimyasal özelliklere sahip olan stronsiyum, kalsiyum ve baryuma bakarak, stronsiyumun atom ağırlığının kalsiyum ve baryum atom ağırlıklarının ortasında olduğunu fark eder. 1829 yılında klor, brom ve iyot üçlüsünün de benzer özellikler gösterdiği bulunur. Benzer davranış lityum, sodyum ve potasyum için de gözlenir. 1829 ve 1858 yılları arasında bu konuda pek çok araştırma yapılır.

Silindir periyodik tablo

İlk periyodik tabloyu 1862’de Fransız bilim insanı Alexandre Beguyer De Chancorutois oluşturur. Ancak De Chancourtois bir jeologtur ve çalışması kimyagerler tarafından göz ardı edildir. De Chancourtois bir silindir şeklinin çevresine 16 kütle birimi yerleştirerek, element ve iyonları burada sıralar. Benzer özelliklerdeki elementleri, silindir üzerindeki düşey satırlarda gruplar. Atom ağırlıkları sekizin katı olan elementlerin özellikleri benzerdir. 1864 yılında yazılan bir yazıda İngiliz kimyager John Newlands, bunu “Oktav kanunu (Law of Octaves)” olarak tanımlar. Bu kanuna göre, elementler atom kütlelerinin artışına göre sıraladığında, her 8 elementte bir elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir. Ancak Newlands’in de öne sürdüğü bu kanun da önce dikkate alınmamış, fakat Dimitri Mendeleyev ve Julius Lothar Meyer'in çalışmaları ile kabul görmüştür.

Genelde periyodik tablonun babaları olarak anılan Alman bilim insanı Julius Lothar Meyer ve Rus bilim insanı Dimitri Mendeleyev birbirlerinden habersiz yaptıkları çalışmalarda benzer sonuçlara ulaşır. Mendeleyev atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını görür. Daha sonra elementleri tekrarlanan özelliklerine göre alt alta sıralayarak ilk iki periyoda yedişer, sonraki üç periyoda ise on yedişer element yerleştirir. Mendeleyev'in periyodik tablosu, elementlerin periyodik özelliklerini gösterse de bu özelliklerin neden tekrarlandığı konusunda herhangi bir bilgi vermez.

Henüz keşfedilmemiş elementlerin yeri boş bırakıldı

Mendeleyev çalışmasını, 6 Mart 1869'da Rus Kimya Topluluğu önünde yaptığı “Elementlerin Atom Ağırlıklarının Özellikleri Arasındaki Bağımlılık” başlıklı resmi bir sunumla duyurur.

Mendeleyev hazırladığı periyodik sistemde, tüm elementlerin henüz keşfedilmemiş olduğunu düşünerek bazı bölümleri boş bırakır. Daha sonra bulunan skandiyum, galyum, germanyum elementleri tablodaki boşuklara yerleştirilir.

1895 yılında ise İngiliz fizikçi Lord Rayleigh, yeni bir element keşfettiğini duyurur. Bir soygaz olan Argon elementi periyodik tabloda bilinen hiçbir yere oturtulamaz. Daha sonra Helyum’un da benzer özellikleri olduğu düşünülerek tabloya yeni bir periyot eklenir.

Moseley ve modern periyodik yasa

1911'de Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford, atom çekirdekleri üzerinde yapılan alfa parçacıklarının saçılması deneyiyle, çekirdek yükünün belirlenebileceğini gösterir. Rutherford'un gösterdiği diğer şey ise, bir çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğudur. Yine 1911'de Hollandalı amatör fizikçi A. Van den Broek elementlerin atom ağırlıklarının atom üzerindeki yüke yaklaşık olarak eşit olduğunu gösterir. Bu yük daha sonra atom numarası olarak tanımlanır ve periyodik tablodaki elementleri yerleştirmede kullanılır.

1913’te İngiliz fizikçi Henry Moseley bazı elementlerin yaydığı X ışınlarının spektrumlarını fotoğraflayarak, bu ışınların dalga boyları ile elementlerin atom numaraları arasında bir ilişki bulunduğunu ve elementlerin özelliklerinin atom ağırlıklarına değil atom numaralarına bağlı olduğunu deneysel olarak gösterir.

Atomlar ve kuantum

Fakat sıraya dizilen elementlerin neden periyodik özellikler gösterdiği sorusunun yanıtını Nobel ödüllü Danimarkalı fizikçi Niels Bohr verir. Atom yapısını anlamak için kuantum fiziğinden faydalanır ve Bohr atom modelini geliştirir. Çekirdeğin etrafında dönen elektronların, evrendeki gezegenler gibi sabit bir yörüngede döndüğünü, ancak atom çekirdeğinin başka bir enerji seviyesine (ya da yörünge) atlayabileceğini keşfeder.

Periyodik tablodaki en son büyük değişiklik, 20. yüzyılın ortalarında ABD'li bilim insanı Glenn Seaborg'un çalışmasıyla ortaya çıkar. 1940'da plutonyum elementini bulmasıyla başlayan araştırması, atom numarası 94’den 102’ye kadar olan tüm uranyum ötesi elementleri keşfetmesi ile devam eder. Periyodik tablodaki lantanit serisinin altına aktinitler serisini yerleştirir. 1951'de Seaborg bu çalışmaları ile Nobel Ödülünü kazanır. 106 nolu element Glenn Seaborg'un anısına, seaborgiyum (Sg) olarak adlandırılır.