1-A grubundaki elementlerin tarihçesi ve hakkında bilgi veriniz?

Sizden gelen soru:

1-A grubundaki elementlerin hakkında bilgi veriniz?

Cevap:

1A Grubu Metaller (Alkali Metaller)

Periyodik cetvelin dikey sırası yani birinci grubunda yer alan metaller 1A grubu metalleridir. 1A grubu metallerinin diğer ismi ise Alkali metal’dir. 1A grubu metallerinin hepsi metaldir ancak hidrojen hariç. Ayrıca Alkali metaller, Fransiyum dışında hepsi yumuşak yapıda ve parlak görünümdedir.

Kolaylıkla eriyebilir ve uçucu hale geçebilirler. Bağıl atom kütleleri arttıkça, erime ve kaynama noktaları da düşüş gösterir. Diğer metallere kıyasla, özkütleleri de oldukça düşüktür. Hepsi de, tepkimelerde etkindir. En yüksek temel enerji düzeylerinde bir tek elektron taşırlar. Bu elektronu çok kolay kaybederek +1 yüklü iyonlar oluşturabildikleri için, kuvvetli indirgendirler. Isı ve elektriği çok iyi iletirler. Suyla etkileşimleri çok güçlüdür, suyla tepkime sonucunda hidrojen gazı açığa çıkarırlar. I A grubunda yer alan Li, Na, K, Rb, Cs ve Fr elementleri alkali metalleri oluştururlar. Sodyum ve potasyum doğada en çok bulunan alkali metaldir ve çeşitli bileşikleri halinde bulunur. Sodyum ve potasyum doğada en çok bulunan alkali metallerdir.

1A Grubu Metallerin Özellikleri

1. Alkali metaller değerlik tabakalarında tek elektronu kolayca kaybederek +1 yüklü iyonlar oluştururlar; bu nedenle kuvvetli indirgendirler.
2. Birkaç istisna dışında bileşikleri iyoniktir.
3. Metalik özellikleri gereği parlaktırlar; fakat diğer metallerin aksine,bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktırlar.
4. Aleve tutulduklarında çeşitli renkler oluştururlar; Li, Na ve K tuzu çözeltisine batırılmış bir platin tel, alevi sırasıyla kırmızı, sarı ve menekşe renge boyar.
5. Isı ve elektriği çok iyi iletirler.
6. Bulundukları periyotta iyonlaşma enerjileri en küçük, atom ve iyon çapları ise en büyük olan elementlerdir.
7. Diğer metallerin aksine, yoğunlukları ve erime noktaları oldukça düşüktür. Lityum, sodyum ve potasyum yoğunlukları ilginç bir şekilde sudan daha küçüktür. Sezyumun erime noktası o kadar düşüktür ki,sıcak günlerde sıvı halde bulunabilir.
8. Her periyodun ilk elementi bulunur. Son yörüngelerinde 1 elektron vardır.Değerlik elektron sayıları 1’dir.1A grubundaki elementlerin elektron dağılımları S1 ile bittiğinden bu grup için periyodik tabloda (s) bloğu elementleri adı verilir.
9. Alkali metaller su ile reaksiyona girip, hidrojen gazı verirler.
10. Alkali metallerin su ile etkileşimi oldukça şiddetlidir.Reaksiyonun şiddeti yukarıdan aşağı inildikçe artar.

Hidrojen Tarihçesi

Hidrojen 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14.4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır.

Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. -252.77 °C’de sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700’ü kadardır. Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 – 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırarak elde etmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish’in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekci şekilde tasvir edebilmiştir. 1783’te Antoine Lavoiser,Laplace ile Cavendish’in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir.

Lityum Tarihçesi

Lityum ilk olarak 1817 yılında Johan August Arfwedson tarafından keşfedilmiştir. İlk saf olarak izolasyonu ise William Thomas Brande ve Humphrey Davy tarafından lityum oksitten elektroliz yolu ile gerçekleştirilmiştir. Spodumen cevheri ,LiAl(SiO3)2, Lityum içeriği nedeniyle ticarı olarak çok önemlidir. Öncelikle 1100 °C’ de a formu ısıtılarak daha yumuşak b formuna dönüştürülür. b formu sıcak sülfürik asit ile reaksiyona sokularak Li₂SO₄L2So4H5rt5 elde edilir. Elde edilen bu çökelek çözeltiden ayrılarak Na₃CO₃ ile yıkanır. Böylece suda çözünmeyen LiCO₃ elde edilir. Manik depresif tedavisinde ve pillerde kullanılır.

Li₂SO₃ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + Li₂CO₃ (katı)

Elde edilen Li₂CO₃ çökeleği HCl ile reaksiyona sokularak LiCl elde edilir.

Li₂CO₃ + 2 HCl → 2 LiCl + CO₂ + H₂O

LiCl erime noktası 600 °C den fazla olduğu için elektroliz ile saflaştırılması zor olduğundan LiCl (55%) ve KCl (45%) karışımı kullanılarak erime noktası 430 °C’ye düşürülür. Bu karışımın elektrolizi ile Li saf olarak elde edilir.

• Katot: Li⁺ (s) + e^– → Li (s)
• Anot: Cl^– (s) → ½ Cl₂ (g) + e^–

Sodyum Tarihçesi

Sodyum, 1807’de Sir Humphry Davy’nin kostik sodayı elektroliz ederek elementel formda ayrıştırmasına kadar uzun süre bileşikleri halinde kullanılmıştı. Ortaçağ Avrupa’sında bir sodyum bileşiği (Latince adıyla sodanum) başağrısı ilacı olarak kullanılmaktaydı. Sodyumun simgesi, Na, yeni Latince natrium adı verilen bir sodyum bileşiğinden gelmektedir. O da Yunanca doğal bir tuza verilen nítron adından gelmiştir.

Bulunuşu

Sodyum yerkabuğunun ağırlıkça %2,6’sını oluşturur ve bu oranıyla en çok bulunan dördüncü element, ve en çok bulunan birinci alkali metaldir.

19. yüzyılın sonlarında, sodyum; sodyum karbonat ile karbonun birlikte 1100 °C ye ısıtılması ile kimyasal olarak elde edilmiştir.

Na₂CO₃ (sıvı) + 2 C (katı, kok) → 2 Na (buhar) + 3 CO (gaz).

Günümüzde sodyum ticari olarak, sıvı sodyum klorürün elektrolizi yoluyla üretilmektedir. İşlem Down hücresi içinde gerçekleşir ve NaCl, erime sıcaklığının 700 °C nin altına düşürülmesi için kalsiyum klorürle (CaCl₂) karıştırılır. Kalsiyum, sodyumdan daha elektro-pozitif olduğu için, katotta kalsiyum toplanmaz. Bu metot, yukarıda bahsedilensodyum hidroksitin elektrolizi metoduna göre daha ekonomiktir.

Potasyum Tarihçesi

Potasyum 1807 yılında Sir Humphry Davy tarafından kostik (KOH) potastan elde edilmiştir. Potasyum elektroliz yöntemiyle elde edilen ilk metaldir. Potasyum Roma zamanında bilinmediği için, ismi klasik latince değil, neo-latincedir.

• Kalium ismi arapça al qalīy, kelimesinden gelen alkali kelimesinden alınmıştır.
• Potasyum ismi ingilizce deki potas kelimesinden gelmektedir. Potas kelimesi ise orijinal olarak yanmış ağaç, ağaç yaprağı küllerinden elde edilen alkali anlamına gelir.

Bulunuşu

Potasyum dünya yerkabuğunun ağırlıkça %1,5’nu oluşturur ve bu oranıyla en çok bulunan yedinci elementtir. Çok elektropozitif olduğundan diger minerallerden elde etmek oldukça zordur. Carnallite, langbeinite, polyhalite ve sylvite gibi potasyum tuzları eski göl ve deniz yataklarında bulunur. Potasyumun elde edildiği en önemli kaynak, Potas, Saskatchewan, Kaliforniya, Almanya, New Mexico, Utah ve dünyanın diğer yerlerinden çıkarılır. 1960 yılından beri faaliyette bulunan Saskatchewan madenleri dünyanın en büyük rezervlerine sahiptir. Öte yandan okyanuslar da diğer önemli potasyum kaynağıdır. Potasyum, KOH’den Davy prosesine göre elektrolizle ayrıştırılır. Ayrıca ısı metotlarıyla da potasyum klorürden potasyum üretimi mümkündür.Potasyum saydam bir maddedir.

Fransiyum Tarihçesi

1870’lerde kimyagerler sezyumun ötesinde 87 atom numaralı bir alkali metal olması gerektiğini düşünüyorlardı.Bu element eka-sezyum olan geçici bir isimle anıldı. Araştırma ekipleri bu kayıp elementi saptayıp izole etmeyi denediler. Gerçek bir keşif yapılmadan önce, en az dört kez elementin bulunduğuna dair yanlış iddia ortaya atıldı.

Hatalı ve eksik keşifler

Rus kimyager D. K. Dobroserdov eka-sezyum ya da fransiyumu keşfettiğini iddia eden ilk bilim insanıydı. 1925’te, başka bir alkali metal olan potasyumun bir numunesinde zayıf radyoaktivite gözlemledi. Buradan eka-sezyumun örnekte radyoaktif kontaminasyona (radyoaktif kirlenme) sebep olduğu sonucunu çıkardı. Sonrasında kendi ülkesine atfen russium adını verdiği eka-sezyumun özellikleri ile ilgili öngörülerini içeren bir tez yayımladı. Kısa bir süre sonra Odessa Dobroserdov Politeknik Enstitüsü’ndeki öğretmenlik kariyerine odaklanıp elementle ilgili çalışmalarını daha fazla devam ettirmedi.

Takip eden yılda İngiliz kimyagerler Gerald J. F. Druce ve Frederick H. Loring, mangan(II) sülfat fotoğraflarının x-ışını analizini yaptılar. Druce ve Loring eka-sezyuma ait olabileceğini öngördükleri spektral çizgileri gözlemlediler. Sonrasında element 87’yi keşfettiklerini açıkladılar ve en ağır alkali metal olan bu element için alkalinium ismini teklif ettiler.

1930’da Alabama Politeknik Enstitüsü’nden Fred Allison, manyeto optik makinesiyle polüsit ve lepidolit minerallerini incelerken element 87’yi keşfettiğini iddia etti. Elemente kendi eyaleti Virginia’ya atfen virginium isminin verilmesini ve sembol olarak da Vi veya Vm’yi önerdi. 1934’te UC Berkeley’den H.G. MacPherson, Allison’un kullandığı yöntemin geçerliliğini ve keşfin doğruluğunu çürüttü.

1936’da Rumen kimyager Horia Hulubei ve Fransız meslektaşı Yvette Cauchois de polüsit incelemesi yaptı. İnceleme bu kez yüksek çözünürlüklü X-ray cihazı ile yapıldı. İnceleme sırasında element 87’ye ait olduğunu sandıkları birçok emisyon çizgisi gözlemlediler. Hulubei ve Cauchois keşiflerini rapor ettiler ve element için çalışmalarını tamamladıkları Romanya’nın Moldavia iline atfen moldavium ismini ve Ml sembolünü önerdiler. 1937’de Hulubei’in araştırma metodunu reddeden ABD’li fizikçi F. H. Hirsh Jr. çalışmayı eleştirdi. Eka-sezyumun doğal olarak bulunamayacağından emin olan Hirsh, Hulubei’in civa veya bizmut atomunun x-ışını çizgilerini gözlemlemiş olabileceğini söyledi. Ancak Hulubei kullandığı x-ışını cihazının böyle bir hata yapamayacak kadar hassas olduğu konusunda ısrar etti. Nobel Ödülü sahibi ve Hulubei’in akıl hocası olan Jean Baptiste Perrin, Marguerite Perey’nin yeni keşfi fransiyuma karşı gerçek eka-sezyum olarak moldaviumu destekledi. Perey, kendisinin element 87’nin tek kaşifi olduğu onaylanıncaya kadar Hulubei’in çalışmasını eleştirmeye devam etti.

Perey’nin analizi

Eka-sezyum 1939’da Paris, Fransa’daki Curie Enstitüsü’nde Marguerite Perey tarafından, bozunma enerjisi 220 keV olarak rapor edilen aktinyum-227’nin saflaştırılması sırasında keşfedildi. Yine de Perey enerji seviyesi 80 keV’in altında bulunan bozunum parçacıkları olduğunu farketti. Perey bu bozunum aktivitesine daha önce tanımlanmamış bir bozunum ürününün sebep olabileceğini düşündü. Bu ürün saflaştırma esnasında ayrılıyor ama saf aktinyum-227’nin dışında tekrar ortaya çıkıyordu. Yapılan çeşitli testler bilinmeyen elementin toryum, radyum, kurşun, bizmut veya talyum olma olasılığını ortadan kaldırdı. Yeni ürün alkali metallerin kimyasal özelliklerini gösteriyordu. Bu özellik Perey’nin bu ürünün aktinyum-227’nin alfa bozunumu yapması sonucu ortaya çıkan element 87 olduğuna inanmasına yol açtı. Perey daha sonra aktinyum-227’nin beta bozunumunun alfa bozunumuna oranını belirlemeyi denedi. Onun yaptığı ilk test alfa bozunumunun %0,6’ya uzandığını gösterdi, daha sonraki inceleme %1 sonucunu verdi.

Perey yeni izotopu aktinyum-K (fransiyum-223)olarak isimlendirdi. Ardından 1946’da en elektropozitif katyon olduğuna inandığı bu element için catium ismini önerdi. Perey’nin danışmanlarından biri olan Nobel Ödülü sahibi bilim insanı Irène Joliot-Curiekatyondan (cation) daha çok kediyi (cat) çağrıştırdığını söyleyerek bu isme karşı çıktı. Sonrasında Perey Fransa’ya atfen fransiyum ismini teklif etti. Galyumdan sonra ismi Fransa’ya atfedilen ikinci element olan fransiyum 1946’da Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC) tarafından resmen benimsendi. Simge olarak Fa seçildi kısa bir süre sonra daBertrand Goldschmidt’in önerisi ile simge Fr olarak değiştirildi. Fransiyum doğal olarak bulunan elementler içinde en son keşfedilendir. Fransiyumun yapısı ile ilgili daha sonraki araştırmaları 1970’lerde ve 1980’lerde CERN’de Sylvain Lieberman ve ekibi yaptı.