İYONLAR

Yüksüz bir atomda, proton sayısı elektron sayısına eşittir. Bir atom elektron alarak veya vererek kararlı hale gelir. Yüksüz bir atomun elektron alması veya vermesi sonucu, proton ve nötron sayışı sabit kalırken elektron sayışı değişir. Bir atom elektron alarak (-) yüklü, elektron vererek (+) yüklü tanecikler oluşturur. (+) ve (-) yüklü taneciklere iyon denir. İyon yükü, element sembolünün sağ üst köşesine yazılır. Örneğin, Na+, F', Mg+2 ve O-2 iyonları şeklinde gösterilir.

Atomlar iyon haline geçerken çekirdeğinde bir değişme olmaz. Sadece elektron sayıları değişir. Atomların değerlik orbitallerinin dolu olması, atomların kararlı olmalarına neden olur. Atomlar değerlik orbitallerindeki elektronları vererek veya elektron alarak kararlı hale gelir. Bu durumda atomdaki proton ve elektron sayılarının eşitliği bozulduğundan atom yüklü duruma geçer. Yüksüz bir atom elektron almışsa, aldığı elektron sayışı kadar negatif (-) yük, elektron vermişse, verdiği elektron sayışı kadar pozitif (+) yük kazanır.                      .

Pozitif(+) yüklü iyonlara katyon , negatif (-) yüklü iyonlara anyon (O'2, F', Cl'...) denir.

Ametallerin bileşiklerinde alabileceği en büyük (+) yük ile en büyük (-) yük sayısının mutlak değerlerinin toplamı 8'dir. Buna göre bileşiklerinde +6 yük alabilen bir element -2, +7 yüklü olabilen bir element -1 yüklü de olabilir.

Örneğin, azotun elektron dağılımı ve orbital seması, 7^.  : 1s2 2s2     2p3   şeklindedir. Azot, kararlı hale gelebilmek için, ya 3 elektron alarak -3 yüklü veya 5 elektron vererek +5 yüklü iyon haline gelebilir. N elementinin alabileceği mutlak değerleri toplamı 8'dir.

Atom Hacmi

Bir periyotta soldan sağa doğru, çekirdek yükü ve çekirdeğin elektronları çekme gücü artar. Buna bağlı olarak atom çapı küçülür.

Aynı grupta yukarıdan aşağıya doğru, atom numarası arttıkça enerji düzeyi sayışı da artar. Çekirdeğin elektronları çekme gücü azalır. Bundan dolayı atom çapı artar.

Yüksüz bir atom (-) yüklü iyon haline geçerken elektron alır. Elektron sayışı proton sayısından fazla olduğundan çekirdeğin çekim gücü azalır ve hacmi büyür. Yüksüz bir atom (+) yüklü iyon haline geçerken elektron verir. Proton sayışı elektron sayısından fazla olduğundan çekirdeğin çekim gücü artar ve hacmi küçülür.

ÖRNEK 4.4  Na+1, Mg+2, Al+3 ve F-  İyonlarının çaplarını karşılaştırınız.

ÇÖZÜM

Yüksüz bir atomda; atom numarası = proton sayısı,

İyon yükü = proton sayışı - elektron sayışı dır. Na+1 için elektron sayışı =11-1=10      11 proton 10 elektron Mg+2 için elektron sayısı= 12-2=10    =>   -^Mg^ :   12 proton 10 elektron isA^3 için elektron sayışı = 13-3=10    =>   Al+3  :   13 proton 10 elektron

F- için elektron sayışı   = 9+1=10   => F-    :    9 proton 10 elektron

Proton sayışı arttıkça, çekirdeğin elektronları çekim gücü de artar ve iyon çapı küçülür. Buna göre, iyon çaplarının sıralaması AI < Mg < Na < F şeklinde olur.

ALIŞTIRMA 4.5 sO'2. gF" ve yN'3 İyonlarının çaplarım karşılaştırınız. İyonlaşma Enerjisi

Gaz halindeki nötr bir atomun en yüksek enerji düzeyinden bir elektron koparmak için atoma verilmesi gereken enerji miktarına iyonlaşma enerjisi denir.

Gaz halindeki nötr bir atomdan bir elektronu koparmak için atoma verilmesi gereken enerjiye birinci iyonlaşma enerjisi denir.

X(g) + E, ——. >»   X(g) + e'      E,: birinci iyonlaşma enerjisi (kJ/mol)

Gaz halindeki +1 yüklü bir iyondan bir elektron koparmak için iyona verilmesi gereken enerjiye de ikinci iyonlaşma enerjisi denir.

X(g) + £2————»- X(g^ + e'     Eg: ikinci iyonlaşma enerjisi (kJ/mol)

Aynı atomdan üçüncü, dördüncü ... elektronlar da koparılabilir. Yüksüz bir atomdan koparılacak elektronlar için gereken iyonlaşma enerjileri sırası ile E^, E^, E^, E^ ...olarak gösterilir. Bir atomun kaç tane elektronu varsa elektron sayışı kadar iyonlaşma enerjisinden söz edilebilir. Bir atomun iyon­laşma enerjileri arasındaki ilişki her zaman ... > E4 > E3 > E2 > E1'dir. Çünkü gaz halindeki atom­dan elektron koparıldıkça, oluşan iyonlarda proton sayışı / elektron sayışı oranı artar. Bunun sonucunda,  elektronlar çekirdek tarafından daha kuvvetli çekilir. Elektronu koparmak için atoma veya iyona verilmesi gereken enerji artar.

Bir atomun birbirini izleyen iyonlaşma enerjilerinden yararlanarak, o atomun değerlik elektron-larının sayışım saptamak mümkündür. Bir atomun değerlik elektronlarım koparmak için gereken ener­ji, atomun diğer elektronlarım koparmak için gereken enerjiden daha küçüktür. Başka bir ifadeyle az enerjiyle koparılan elektronların değerlik elektronu olduğu, diğer elektronların ise değerlik elektronu olmadığı söylenebilir.

Berilyum elementi ile ilgili bilgiler aşağıda verilmiştir.

Elektron dağılımı                  İyonlaşma tepkimeleri ve orbital seması                  

4Be : 1s2 2s2    2p°         Be(g)+900 kJ/mol   ——»- Be^g) + e'     Eı= 900 kJ/mol

(g) (8) 000

4Be+ : 1s2 2s1    2p°        Be ^+1757 kJ/mol ——»- Be^) + e"    Eg= 1757 kJ/mol

(x) 0 000

4Be"1"2 : 1s2 2s°    2p°       Be^+14845 kJ/mol——^- Be^, + e'    E3= 14845 kJ/mol

 

Berilyum elementinin ilk üç iyonlaşma enerjisine baktığımızda,  elektron dağılımı 2s ile biten berilyumun 2s2 orbitalindeki bir elektronu koparmak için gereken enerji E-ı'dir. E^ ise elektron dağılımı 2s1 ile biten Be* iyonundan bir elektron koparmak için gereken enerjidir. E3 elektron dağılımı 1s2 ile biten Be"*"2 iyonundan bir elektron koparmak için gereken enerji olup e.| ve Ea'den çok büyüktür. Be"*"2 iyonunun elektron dağılımı 1s olduğundan, küresel simetri (yani kararlılık) söz konusudur. e.| ve E^'nin E3'ten çok küçük olmasının nedeni, berilyumun değerlik elektron sayısının iki olmasıdır. O halde kolay koparılan elektronlar değerlik elektronlarıdır.

Bir elementin iyonlaşma enerjilerine bakılarak, kolay koparılan elektronların değerlik elektronları olduğu belirlenir. Değerlik elektronları sayışı da grup numarasını belirlediğine göre, bir elementin iyon­laşma enerjilerinden yararlanarak o elementin grup numarası belirlenebilir.

Tablo 4.10: Bazı grup elementlerinin birinci iyonlaşma enerjileri (kJ/mol)

Periyodik cetvelde, aynı periyotta soldan sağa doğru çekirdek yükü artar. Değerlik elektronları çekirdek tarafından daha kuvvetli çekilir. Bundan dolayı elektronu koparmak güçleşir ve iyonlaşma enerjisi artar.

Aynı grupta yukarıdan aşağıya doğru atom çapı artar. Çekirdeğin elektronları çekim gücü azalır. Bu nedenle elektronu koparmak için az enerji gerekir. Böylece iyonlaşma enerjisi azalır.

Bir atomun değerlik orbitalleri s , p , d , f şeklinde yarı dolu veya s , p , d , f   şeklinde dolu ise o atom, küresel simetrik yük dağılımına sahiptir.

IA, HA, VA ve VIIIA grupları dolu ve yarı dolu orbitallere sahip olduğundan küresel simetri söz konusudur. Küresel simetrik yapı atoma kararlılık kazandırdığından, elektronun koparılması oldukça zordur. HA ve VA grubu elementlerinden bir elektron koparmak, kendilerinden sonra gelen İHA ve VIA grubu elementlerinden elektron koparmaktan daha zordur. Bu nedenle periyotlarda yer alan ele­mentlerin iyonlaşma enerjilerinde sapma görülür. Birinci iyonlaşma enerjilerinin bir periyotta sıralanışı;

1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A şeklindedir.

Elektron ilgisi

       Gaz halindeki yüksüz bir atomun, bir elektron kazanarak negatif yüklü iyon haline geçmesi sırasındaki açığa çıkan enerjiye elektron ilgisi denir.

X(g)+ e' ———»" X'(g) + enerji (elektron ilgisi)

Örneğin Cl ve O atomlarının 1 elektron almaları sırasındaki enerji değişimin! gösteren tepkime denklemleri;

Cl(g) + e" ——^ Cl' + 348 kJ/mol ,              0(g) + e' ——»"   O' + 142  şeklindedir. cl ve 0  atomları elektron aldığında enerji açığa çıkar.

Bazı elementler için elektron ilgisi henüz- -®apTanamam ıştır. Soy gazların elektron ilgileri çok düşüktür. Ametallerin elektron ilgileri metaneîden daha yüksektir. Elektron ilgisi en büyük olan klordur.