01
1860
Karlsruhe
İlk uluslararası kimya kongresi tutarlı bir atom ağırlıkları listesi üretir.
Periyodik Tablo
KİMYA · TAHMİN · SINIR
Bir sıralama şeması, henüz keşfedilmemiş şeyler hakkında nasıl doğru konuşabilir?
KAYDIR
Periyodik tablo bir dolap değil. Elementleri düzenli kutulara koyduğu için değil, henüz elimizde olmayan şeyler hakkında doğru cümleler kurabildiği için önemli. Bu yazı o makinenin nasıl çalıştığını, nerede tuttuğunu ve nerede tökezlediğini anlatıyor — ve neden hâlâ bitmediğini.
- ▸Mendeleyev boş kareler bıraktı ve onları önceden tarif etti
- ▸Aynı yöntem hiç bulunamayan on dört element de üretti
- ▸Tablonun şekli hâlâ ilk ilkelerden türetilmiş değil
ÖNCE TABLO
118 element, dört blok
İNTERAKTİF TABLO
118 element, dört blok
s bloğup bloğud bloğuf bloğu
PERDE 1 · BAHİS
Kartlar masaya diziliyor
1860, Karlsruhe. Kimyacılar ilk kez uluslararası bir kongrede toplandı ve tek bir soruyu çözmeye çalıştı: bir atomun ağırlığını nasıl ölçeriz? Kongreden tutarlı bir atom ağırlıkları listesi çıktı. Salondaki genç Rus kimyager o listeyi cebine koyup ülkesine döndü. Dokuz yıl sonra aynı listeyi kartlara yazıp masaya dizecekti.
Dokuz yıl sonra, elindeki kartları atom ağırlığına göre sıraladığında bir şey fark etti: özellikler belli aralıklarla tekrar ediyordu. Ama sıralama ancak bazı kutuları boş bırakırsa düzgün çalışıyordu. Boşluğu doldurmak yerine, orada henüz bulunmamış bir element olduğunu iddia etti — ve o elementin nasıl bir şey olacağını yazdı.
YÖNTEM
Yöntem sihir değildi: ortalama almaktı
Boş karenin komşularını topla, ortalamasını al. Tablonun düzeni doğruysa ortalama da doğru olur. Mendeleyev bunu atom hacmi için de yaptı ve orada da tutturdu.
eka-bor
½ (Ca + Ti) = ½ (40 + 48)
44→Skandiyum, 44,96 (1879)
eka-alüminyum
⅓ (Al + Zn + In) = ⅓ (27,3 + 65 + 113)
68,4 → "≈ 68"→Galyum, 69,72 (1875)
eka-silisyum
¼ (eka-Al + As + Si + Sn) = ¼ (68 + 75 + 28 + 118)
72,25 → "≈ 72"→Germanyum, 72,63 (1886)
TAHMİN 1871 · ÖLÇÜM 1886
eka-silisyum ile germanyum yan yana
Solda Mendeleyev’in henüz bulunmamış bir element için yazdıkları. Sağda on beş yıl sonra ölçülenler.
ÖZELLİK · TAHMİNÖLÇÜM
Atom ağırlığı
≈ 72
germanyum
72,59
Görünüm
koyu gri metal
germanyum
gri metal
Yoğunluk
5,5 g/cm³
germanyum
5,47 g/cm³
Erime noktası
"yüksek"
germanyum
958 °C
Özgül ısı
0,31 J/g·°C
germanyum
0,32 J/g·°C
Oksitin formülü
EO₂
germanyum
GeO₂
On iki satır, on iki isabet. Winkler elementi bulduğunda Mendeleyev’in on beş yıl önce yazdığı tarifi okuyordu.
1875. Lecoq de Boisbaudran galyumu buldu ve yoğunluğunu 4,7 g/cm³ olarak yayımladı. Mendeleyev tabloya bakıp ona mektup yazdı: bu değer yanlış olmalı, yeniden ölç. Lecoq örneğini saflaştırıp yeniden ölçtü. Yeni değer 5,9 çıktı — Mendeleyev’in tahmin ettiği 6,0’a neredeyse tam.
TUTTUBir kimyager, elinde tutmadığı bir elementin yoğunluğunu, onu keşfeden adamdan daha doğru biliyordu. Tabloya güveniyordu.
KARAR DÜĞÜMÜ · 1869
Elindeki tablo tellürü iyottan sonraya atıyor. Ne yaparsın?
Bir seçim yap. Sonra gerçekte ne olduğunu ve okurların nerede durduğunu gör.
Atom ağırlığına göre sıralarsan tellür (128) iyottan (127) sonra gelir. Ama kimyasal davranışları bunun tersini söylüyor: tellür selenyumun altına, iyot bromun altına oturmalı. Ölçüm mü yanlış, tablo mu?
PERDE 2 · FATURA
Ama aynı makine hayalet de üretti
Buraya kadar anlatılan hikâye her yerde var. Anlatılmayan kısım şu: Mendeleyev yalnız üç tahmin yapmadı. Onlarca yaptı, ve çoğu tutmadı.
FATURA
Hiç bulunamayan tahminler
Aynı yöntem, aynı tablo. Bu on dört element için yazdıkları hiçbir zaman karşılığını bulmadı.
10
karşılığı bulunan tahmin
14
hiç bulunamayan
Newtonyum (eter)0,17
Koronyum0,4
eka-seryum54
eka-molibden140
eka-niyobyum146
eka-kadmiyum155
eka-iyot170
eka-sezyum175
…ve altı tanesi daha, hiçbiri adlandırılmadı.
Hataların neredeyse tamamı tek bir yere bakıyor: Mendeleyev nadir toprak metallerini — bugünkü lantanitleri — sisteme yerleştiremedi. Sıra sıra boşluk açtı, hiçbiri dolmadı.
Gábor Lente, ChemTexts (2019): “his success rate at the predictions was worse than 50%”
Neden hidrojenden hafif element aradı? Mendeleyev, "bütün elementler aslında hidrojenden yapılmıştır" diyen Prout hipotezine şiddetle karşıydı. Onu çürütmenin yolu, hidrojenden daha hafif bir element göstermekti. 1902-1904 arasında yazdığı elli sayfalık bir makalede iki tane önerdi: newtonyum ve koronyum. İkisini de "sıfırıncı grup" soy gaz olarak konumlandırdı.
Hesabı gizlemedi: soy gazların ağırlık oranlarını sıraladı (Xe:Kr = 1,56 · Kr:Ar = 2,15 · Ar:He = 9,5) ve seriyi ikinci derece bir parabolle geriye doğru uzattı. He:x = 23,6 çıktı, oradan x = 0,17.
TUTMADIAynı adam, aynı tablo, aynı aritmetik. Fark yönde: komşuların ARASINI doldurmak (interpolasyon) tuttu, serinin DIŞINA uzanmak (ekstrapolasyon) hayalet üretti. Koronyum’un açıklayacağı 531,68 nm’lik yeşil taç çizgisinin, 1939’da on üç kez iyonlaşmış demir olduğu gösterildi.
Ve sıralama ilkesinin kendisi yanlıştı. Mendeleyev 1869 makalesinde şunu yazdı: bazı atom ağırlıkları düzeltilmeli, tellür 128 değil 123-126 olmalı. Çünkü tabloda tellür iyottan önce gelmeliydi ve ağırlığı buna izin vermiyordu. Tellürün gerçek atom ağırlığı 127,60. Ölçüm doğruydu.
Yanlış olan sıralama ilkesiydi. 1913’te Henry Moseley, X-ışını çizgilerinin frekansının tek bir tam sayıya bağlandığını gösterdi: atom numarası. Elementler ağırlığa göre değil, PROTON SAYISINA göre sıralanıyordu. Argon-potasyum, kobalt-nikel ve tellür-iyot ters çiftleri aynı anda çözüldü.
Aynı Mendeleyev, tabloya dayanarak bilinen elementlerin ağırlıklarını da düzeltti ve haklı çıktı: indiyum 75,6’dan 113’e, berilyum 13,5’ten 9’a. 1871 tablosunda itriyum, indiyum, seryum ve toryumun ağırlıkları doğrudur.
IUPAC · ADLANDIRMA
1906’da Nobel Kimya komitesi Mendeleyev’i dörde bir oyla önerdi. Akademinin kimya bölümü oyu Henri Moissan’a çevirdi. Mendeleyev 2 Şubat 1907’de öldü; Moissan on sekiz gün sonra. Mendeleyev Nobel almadı.
PERDE 3 · ŞEKİL
Peki tablo neden işe yarıyor?
Mendeleyev niye işe yaradığını bilmiyordu. Elektronun keşfine daha otuz yıl vardı. Cevap ancak kuantum mekaniğiyle geldi — ve cevabın kendisi tablonun tuhaf şeklinde yazılı.
Tek bir kısıt her şeyi belirliyor: bir elektronun açısal momentum sayısı ℓ, baş kuantum sayısı n’den küçük olmak zorunda (ℓ ≤ n−1). n = 1 için yalnız ℓ = 0 var — yani 1p orbitali YOKTUR. İlk satırın sadece hidrojen ve helyumdan oluşmasının sebebi bu. Şeklin kendisi kuantum mekaniğinin görünür hâli.
ŞEKLİN SEBEBİ
Blok genişliği = orbital kapasitesi
Tablodaki sütun sayıları keyfî değil: her blok, o orbitalin alabildiği elektron sayısı kadar geniş.
2elektron · 2 sütun
Küresel orbital. İki elektron alır.
Ve ilk satırın neden kısa olduğu buradan çıkıyor: bir elektronun açısal momentum sayısı ℓ ≤ n−1 olmak zorunda. n = 1 için yalnız ℓ = 0 var — yani 1p orbitali yoktur. Hidrojen ve helyum, o satıra sığabilen her şey.
Blok genişlikleri orbital kapasiteleridir: s = 2, p = 6, d = 10, f = 14. Periyot uzunlukları buradan çıkar: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Lantanitlerin aşağı sarkması ise tamamen TİPOGRAFİK. f-bloğu aslında 2. ve 3. grupların arasına oturur; tabloyu 32 sütun yerine 18 sütunda basabilmek için alta indiriliyor. Charles Janet’nin "sol-adım" tablosunda böyle bir sarkma yok.
PERİYODİKLİK
“Periyodik” kelimesi tam olarak neyi anlatıyor?
Atom numarasına göre çiz: değer düzgün artmaz, tekrar tekrar aynı deseni yapar. Tablonun adı buradan geliyor.
Tepeler hep aynı sütunda: soy gazlar. Dipler de öyle: alkali metaller. Aynı sütun, aynı davranış — çünkü aynı dış kabuk.
Veri: PubChem (NCBI) — kamu malı. İlk 86 element gösteriliyor; ötesinde ölçüm boşlukları var.
Ama kural türetilmiş değil. Doldurma sırasını Madelung (n+ℓ) kuralı verir: artan n+ℓ sırasına göre, eşitlikte küçük n önce. Kural işe yarıyor. Sorun şu ki bu kural ilk ilkelerden TÜRETİLMİŞ değil — ampirik bir gözlem, ve yaklaşık yirmi istisnası var.
İstisnalar arasında gündelik metaller var: Krom, Bakır, Niyobyum, Molibden, Rutenyum, Rodyum ve diğerleri. "Tablo kuantum mekaniğinden çıkar" cümlesi bu yüzden tam doğru değil. Tablo hâlâ tam olarak açıklanmış DEĞİL.
PERDE 4 · SINIR
Tablonun kenarları hâlâ yazılıyor
3. grubun altına lantan mı yazılacak, lutesyum mu? Tartışma 1948’de başladı, 1982’de genişledi, 1988’de IUPAC raporu Sc-Y-Lu-Lr biçimini destekledi. 2015’te Eric Scerri başkanlığında bir IUPAC projesi kuruldu.
“there is no objective means to adjudicate between group 3 consisting of Sc, Y, La and Ac or as Sc, Y, Lu and Lr”
Rapor uzlaşı olarak Sc-Y-Lu-Lr’yi öneriyor: atom numarası dizisini bozmayan, d bloğunu iki eşitsiz parçaya ayırmayan ve blok genişliklerini kuantumun dayattığı 2/6/10/14’te tutan tek biçim bu.
IUPAC · ADLANDIRMA
Bu yazıdaki tablo geleneksel biçimi kullanıyor — 3. grupta lantan ve aktinyum duruyor. Sebebi yerel: Türkiye Kimya Derneği’nin resmî Türkçe tablosu da böyle basılıyor. Yani okuduğun tablo, hâlâ sürmekte olan bir tartışmanın bir tarafında duruyor.
Ne soy, ne gaz. Bugüne kadar toplam üç atom oganesson üretildi ve her biri bir milisaniyeden kısa yaşadı. Tabloda soy gazların altında duruyor ama teorik hesaplar oda sıcaklığında KATI olacağını söylüyor — ve bir yarı iletken.
Daha da tuhafı: bu kadar ağır bir çekirdekte spin-yörünge ayrılması elektron kabuklarını bulanıklaştırıyor, elektron yoğunluğu atoma neredeyse düzgün dağılıyor. 118’de "kabuk" kavramının kendisi erimeye başlıyor — yani tablonun dayandığı fikir, tablonun sonunda çalışmayı bırakıyor.
119 nerede? RIKEN Nishina Merkezi, Japonya: Vanadyum-51 demeti Küryum-248 hedefine çarpıyor, saniyede 6 trilyondan fazla atom. hedef tekerleği dakikada ~2000 devir, 500-1000 °C. Buna rağmen istenen çarpışma yaklaşık 200 günde bir gerçekleşiyor.
Lawrence Berkeley, ABD: 22 günde 2 atom livermoryum-290 (2024). Kalsiyum-48 dışında bir demetle süperağır üretilebildiğinin ilk kanıtı. Element 120, element 116’dan 10-20 kat daha zor; tek bir atom için yaklaşık 220 gün demet süresi.
Tablonun bir sonu var mı? Basit Dirac hesabı Z > 137’de çöker — "feynmanyum" sınırı. Ama bu, çekirdeği noktasal saymaktan gelen bir yanılgı. Çekirdeğin gerçek boyutu hesaba katıldığında sınır Z = 168-172 civarına çıkıyor. Pekka Pyykkö, Dirac-Fock hesaplarıyla Z ≤ 172’ye kadar uzanan bir tablo önerdi: 54 element daha, ve içinde bugün var olmayan bir "g bloğu". Kararlılık adası Z = 114-126 ve N = 184-196 aralığında bekleniyor. Henüz kıyısına varılmadı.
Kararlılık adasının nerede olduğu, çekirdeğin ne kadar dayandığıyla ilgili bir soru — ve o hikâye radyoaktivite dosyasında yarılanma süreleriyle birlikte duruyor.
PERDE 5 · BURADA
Tablonun Türkiye’ye değen yerleri
Arabanın aküsünün 10 voltu Einstein’dan geliyor. Altının sarı olması relativistik bir etki: ağır çekirdeğin yanında hızlanan elektronlar 6s yörüngesini kararlaştırıyor, uyarım enerjisi mordan görünür bölgeye iniyor ve altın maviyi yutuyor. Gümüş bunu yapmaz, o yüzden gümüş renksizdir. Cıvanın oda sıcaklığında sıvı olması aynı köke dayanıyor.
Ve en somutu: kurşun-asit akünün hücre başına 2,1 voltunun 1,7-1,8 voltu relativistik etkilerden geliyor. Yani 12 voltluk araba aküsünün yaklaşık 10 voltunu özel görelilik taşıyor. (Ahuja ve ark., Physical Review Letters 106, 018301 (2011))
Bor. Dünya bor rezervinin yaklaşık %73’ü Türkiye’de — kabaca 3,3 milyar ton. Eti Maden küresel bor pazarının yaklaşık %61’ini elinde tutuyor. Küçük bir ironi: Mendeleyev’in en temiz isabeti "eka-bor"du — yani boron’un bir alt komşusu. Skandiyum çıktı.
Lantanitler. Eskişehir Beylikova sahası 694 milyon ton olarak açıklandı. Yani 3. grup tartışmasının tam ortasındaki blok, coğrafi olarak da buralarda.
Tablodan yirmi bir yıl önce. İlk Osmanlı Türkçesi kimya kitabı, Derviş Paşa’nın "Usûl-i Kimya"sı, 1847-48’de İstanbul’da basıldı — Mendeleyev’in tablosundan yaklaşık yirmi bir yıl önce. 1871’de Kırımlı Aziz Bey, kimya sembollerinin Latin harfleri yerine Osmanlı harfleriyle yazılmasını önerdi ve bütün denklemleri öyle yazdı.
TUTMADITabloda Türkiye’ye ya da bir Türk bilim insanına adanmış element yok. On altı element bir kişinin adını taşıyor; hiçbiri Türk değil. Bunu yazmak, olmayan bir bağ uydurmaktan iyidir.
KARAR DÜĞÜMÜ · 1997
104, 105 ve 106 numaralı elementleri kim adlandırmalı?
Bir seçim yap. Sonra gerçekte ne olduğunu ve okurların nerede durduğunu gör.
Soğuk Savaş boyunca Amerikan ve Sovyet laboratuvarları aynı elementleri keşfettiklerini iddia etti ve birbirinden farklı adlar verdi. "Transfermiyum savaşları" otuz yıl sürdü.
Bir elementin kutusundaki ondalıklı sayının aynı zamanda gram cinsinden ne anlama geldiği başka bir hikâye — onu mol dosyasında anlattık.
ZAMAN ÇİZELGESİ
Yüz elli yılda ne oldu? ← kaydır →
02
1869
Kartlar masada
Mendeleyev elementleri ağırlığa göre dizer ve boş kareler bırakır.
03
1871
Bahis
eka-bor, eka-alüminyum ve eka-silisyumun özelliklerini önceden yazar.
04
1875
Galyum
Lecoq de Boisbaudran bulur; yoğunluk tartışması Mendeleyev’i haklı çıkarır.
05
1879
Skandiyum
Nilson bulur, Cleve bunun eka-bor olduğunu teşhis eder.
06
1886
Germanyum
Winkler bulur. On iki özellikte tahminle ölçüm çakışır.
07
1902
Newtonyum
Mendeleyev hidrojenden hafif iki element önerir. İkisi de yoktur.
08
1913
Moseley
Sıralama ilkesi ağırlıktan atom numarasına geçer. Ters çiftler çözülür.
09
1936
Madelung
Doldurma sırası bir kurala bağlanır — ampirik olarak.
10
1997
IUPAC uzlaşısı
Transfermiyum savaşları biter; 104-106 adlarını alır.
11
2016
118 tamamlandı
Nihonyum, moskovyum, tennessin ve oganesson adlarını alır.
12
2021
Hâlâ açık
IUPAC 3. grup için "objektif bir hakem yok" der.
Quiz yükleniyor…
📚 Kaynakça
- 1Where Mendeleev was wrong: predicted elements that have never been found
- 2How Mendeleev issued his predictions
- 3Provisional Report on Discussions on Group 3 of the Periodic Table
- 4Oganesson: A Noble Gas Element That Is Neither Noble Nor a Gas
- 5Relativity and the Lead-Acid Battery
- 6A suggested periodic table up to Z ≤ 172, based on Dirac–Fock calculations
- 7Observation of the heaviest nuclide produced with a 50Ti beam (livermoryum-290)
- 8Periodic Table of Elements (veri kaynağı)
- 9On the Relation of the Properties to the Atomic Weights of the Elements
- 10IUPAC Periodic Table of the Elements — güncel adlandırma