Geçiş Elementleri-ender (nadir) toprak elementleri

remşit · #1 10.12.07, 23:13

Kimyasal elementlerin atom numaralarına göre sınıflandırıldıkları PERYODİK ÇİZELGE'de, birbiriy*le İlişkili üç element grubu bulunur: Geçiş elementle*ri; ender (nadir) toprak elementleri; uranyum ötesi elementler. Burada, özellikle ender toprak elementleri ve geçiş elementlerini gözden geçirip, uranyum ötesi elementlere SENTETİK ELEMENTLER maddesinde değineceğiz.

Elementlerin elektronik yapıları anlaşılmadan ön*ce, peryodik çizelgenin yaratıcısı MENDELEYEV, «ge*çiş elementleri» terimini ortaya atmış ve kimyasal özellikleri benzer olan dokuz küçük element grubu için, bu adı kullanmıştır. Söz konusu çizelgede, DE*MİR, kobalt ve nikel dördüncü peryotta, rutenyum, rodyum ve paladyum beşinci peryotta, osmiyum, irid*yum ve platin de altıncı peryotta bulunur. Bunlardan «geçiş elementi» olan son altı elemente, PLATİN GRU*BU METALLERİ de denir.

Günümüzde «geçiş elementi» terimi kullanıldı*ğında, «d-düzeyi» adı verilen enerji düzeylerinden bi*rinin, kısmen elektronla dolu bulunduğu elementler anlaşılır. Bunlar, dördüncü peryottaki skandiyum - nikel arası elementler, beşinci peryottaki itriyum - pa*ladyum arası elementler ve altıncı peryottaki lantan ve hafniyumdan platine kadarki elementlerdir. En*der toprak elementlerinin «4f>- enerji düzeyleri tam değildir; altıncı peryotta, seryumdan lütesyuma ka*darki elementler bu gruptandır.

Günümüzde, bile, «geçiş elementi» ve «ender top*rak elementi» terimleri, farklı araştırmacılar için de*ğişik anlamlar taşımaktadır. Bir kimyacı için, yapı*lacak sınıflandırmanın, ayrıntılı elektronik yapıdan çok, kimyasal özelliklere dayandırılması daha uygun olur. Kimyasal özelliklere göre yapılan bir sınıflan*dırmada, skandiyum, itriyum ve lantan ender top*rak elementlerinden, bakır, gümüş ve altın ise geçiş elementlerinden sayılır.

Fiziksel özellikleri
Magnetik ve elektriksel özellikler
Kimyasal özellikleri
Renk özelliği

remşit · #2 10.12.07, 23:16

Fiziksel özellikleri:

Geçiş elementlerinin sertlikleri ve erime dereceleri yüksektir (titanyum 1 800°C'ta KROM 1 830°'C'ta erir). Bu özellikler, normal metalsi bağ üstünde bulunan, «tamamlanmamış» d-düzeyi atom içi bağının ve «s-düzeyi» elektronlarının katkısıyla ortaya çıkmaktadır. Bakırın (ve ondan sonraki iki peryotta bulunan gümüş ve altının) erime noktasının yüksek olması, «d-düzeyinin» dolu bulunmasına karşılık, bağa büyük katkıda bulunan «s» düzeyi elektronlarıyla sıkı bir ilişkide bulunduklarını ortaya koymaktadır. Son geçiş dizisinde, daha yüksek erime noktalarına raslanır. Sözgelimi, asıl adı volfram olan ve W ile simgelenen tungstenin, erime sıcaklığı çok yüksektir (3 382°C); bu özelliği, elektrik ampulleri için çok elverişli olmasını sağlar. .

Atomlararası bağlanma kuvveti, bütün, yönlerde eşit şiddette olursa, atomlar bir küre biçimi alır ve bir araya geldiklerinde yüzey merkezli kübik ya da heksagonal (altıgen) paket yapı denilen billur yapısını (Bk. BİLLURLAR VE BİLLURBİLİM) oluştururlar. Oysa, bağlayıcı kuvvetin d elektronlarına katkısı doğrultuya bağlıdır ve bunun sonucu olarak, vanadyum, krom, demir gibi elementlerde, atomların «kafes» ortalarına yerleştiği, iç merkezli kübik billur yapılar çıkar. Manganezde, durum biraz daha karmaşıktır. Mekanik özellikler bakımından, bu yapıların iki tür önemi vardır. Birincisi, iç merkezli kübik yapıdaki metallerde plastik biçim bozulması, yüzey merkezli kübik ve heksagonal paket yapı metallerindekine oranla daha güçtür; bu nedenle de, belirli sıcaklık (çelik için 0°C, tungsten için yaklaşık 250°C) altında, iç merkezli kübik yapıdaki metaller kolayca kırılabilir. İkinci özellik ise, bu tür metallere çok küçük oranlarda başka metallerin katılmasıyla, yüksek sertlik derecelerinin elde edilebilmesidir (Bk. ALAŞIM). Buna örnek olarak demir gösterilebilir: Arı halde oldukça yumuşak olan demir, % 0,03 oranında karbon eklenmesiyle, çeliğe dönüşür.

Ender toprak elementleri, az bulunmaları nedeniyle, tek başlarına yapı malzemesi olarak kullanılmazlar; ama çeşitli alaşımlara küçük miktarlarda katılırlar. Seryum ya da karma metal (birbirinden ayrılmamış ender toprak elementleri karışımı), demir içine katılırsa, küresel grafitin oluşmasını kolaylaştırır; sonuçta, daha değerli bir ürün elde edilmiş olur. Ayrıca, ender toprak elementleri, metal olmayan yabancı maddelerin zararlı etkilerini azaltırlar. Özellikle jet motorlarında kullanılan magnezyum alaşımının sünme direncini artırmada çok yararlı olurlar. Karma metal ile demir karışımından ortaya çıkan alaşım, çakmaktaşı yapımında kullanılır.

remşit · #3 10.12.07, 23:19

Magnetik ve elektriksel özellikler:

Bütün atomların elektronları, bir dış magnetik alanla etkileşir ve alan tarafından zayıf bir kuvvetle itilirler. Bununla birlikte, tamamlanmamış «düzeyleri» bulunan elektronlar, dış magnetik alan etkisine tepki olarak, «dönü» yönlerini değiştirebilirler (her elektron, iki enerji durumundan yalnızca biri içinde bulunabilir; bu da, çoğunlukla bir ya da öteki yöndeki «dönü» olarak düşünülür) ve magnetik alana doğru bir çekim kuvveti uygulayabilirler. İtici alan söz konusuysa bu metale diyamagnetik,çekim kuvveti güçlüyse, paramagnetik denir. End'âr toprak elementlerinin ve geçiş elementlerinin tamamlanmamış «d» ve «f» düzeylerinin bulunması, bunların paramagnetik Özellik göstermesini sağlar. Bu özellik, «d» ve «f» düzeyleri yarı yarıya tamamlanmış olan elementlerde en fazladır. Bundan başka, «Jerromagnetizma» adı verilen ve hem diyamagnetizmadan, hem de para-magnetizmadan daha kuvvetli olan başka bir tür mıknatıslanma daha vardır. Bu, demirden yapılmış malzemelerde görmeye alıştığımız bir mıknatıslanma türüdür. Ayrıca, kobalt- ve nikelde, ender toprak elementlerinden gadolinyumda (20cC'a kadar), terbiyumda (—50°C'm altında) ve disprosyum, holmiyum, erbiyumda (mutlak sıfır dolayında) gözlenir.

Ferromagnetik özellik, herhangi bir dış alandan bütünüyle bağımsız olan ve «değiş tokuş etkileşimi» adı verilen bir iç kuvvetten doğar. Bu etkileşim, billur içindeki «d» düzeyleri eksik komşu atomlar arasındaki uzaklığın, kritik bir değeri aşması durumunda ortaya çıkar. Geri kalan paramagnetik geçiş ve ender toprak elementlerinde, komşu «d» düzeylerinin, ferromagnetizma oluşturamayacak kadar birbirlerine yakın bulundukları saptanmıştır. Manganez için de aynı durum geçerlidir; ne var ki, içine nitrojen gibi az miktarda başka bir element katıldığında, manganezde ferromagnetik bir davranış ortaya çıkar. Bu ilke, ferromagnetik Heusler alaşımlarının temelini oluşturur. Arı haldeyken hiç bir ferromagnetik özellik göstermeyen manganez, alüminyum ve bakırın birleştirilmesiyle, Heusler alaşımı elde edilir. Kobalt, iemir ve nikelden oluşan karışıma bir miktar alüminyum ve titan eklenmesiyle, Alniko grubu magne-tik alaşımlar elde edilir. En iyi kalıcı mıknatıslar, kobalt ile ender toprak elementlerinden samaryumun bir alaşımından yapılmaktadır.

remşit · #4 10.12.07, 23:20

Kimyasal özellikleri:
Tamamlanmamış «d» ya da «f» düzeyleri, metal atomları arasındaki bağlanma kuvvetini bir yandan güçlendirirken, öte yandan da, kimyasal bileşikler oluşturacak biçimde, farklı atomlar arasında yeni BAG'ların ortaya çıkmasını sağlarlar. Geçiş ve ender toprak elementleri, asitlerle birleşerek tuz (sülfatlar, nitratlar, klorürler, vb.) ortaya çıkarmanın yanı sıra, «d» ve «f» düzeylerinin özelliklerinden ötürü, bileşikler ve bağları doğrultu-lanniış karmaşık iyonlar oluştururlar. Geçiş ve ender toprak elementleri genellikle, tek DEĞERLİK'li özellikler de göstermezler; yani bunların başka atom ve gruplarla birleşme gücü, durumdan duruma değişir. Sözgelimi, iki tür demir klorür vardır. Demir III klo-rürde (FeCL) demir III iyonu artı üç değerlikli, demir II klorürd'e (FeCl2) demir II iyonu artı iki değerliklidir (klorür iyonu bir tek eksi yük içerir). Buna başka bir örnek olarak da, heksasiyanoferrat anyonunun iki biçimi verilebilir. Bu bileşikte, merkezdeki bir demir atomunu çevreleyen sekiz yüzlünün köşelerine, düzenli bir biçimde sinayür (CN) grupları yerleşmiştir. Demir atomunun yükseltgenme durumu (yani demir II ya da demir III oluşu), ortaya çıkacak karmaşık iyonun, III heksasiyanoferrat IFe (CN)| 1 biçiminde mi, yoksa II heksasiyanoferrat I FeCCN) -|f ] biçiminde mi oluşacağını belirlemektedir. Geçiş elementlerinin çarpıcı özelliklerinden. biri de, bunların metal karbonil bileşikleri oluşturma gücüdür.. Sözgelimi nikel, 50°C sıcaklıkta karbon monoksit (CO) gazına tutulursa, nikel karbonil [Ni(CO)4] bileşimi ortaya çıkar. Bu, £ok uçucu bir bileşiktir: 43°C'ta kaynadığından, DAMITMA yoluyla kolayca arılaştırıla-bilir. Bu özelliğin, arı nikel elde etmede önemi büyüktür. Öteki geçiş elementi karbonilleri arasında, vanadyum karbonil IV(C0)6], krom' karbonil [Cr(CO)6l, manganez karbonil [Mn2(CO)ı0], demir karbonil [Fe(CO)5l ve kobalt karbonil [C02(CO)8] sayılabilir. Karbon monoksitteki karbon atomunun, kimyasal bağa girmeyen fazla bir elektron çifti daha vardır. Karbonil bileşiklerinde, metal atomlarıyla bağlanmayı, bu elektronlar sağlar.

Geçiş elementleri, organik moleküllerle de birle -şebilirler. Bu davranış, geçiş elementlerinin tezleştirme (kataliz)"tepkisi oluşturma özelliğini ortaya koyar: Sözgelimi, organik moleküllere hidrojen eklenmesi ve bunlardan hidrojen çıkarılması (Raney nikeli, çok tanınan bir hidroj enleme KATALİZÖR'üdür); ya da CH2 = CH2 biçimindeki etilenin, yüksek yoğunluklu polietilene ve propilenin (CH2 = CHCH3), izotaktik polipropilens polimerleştirilmesi gibi. Burada bütün metil grupları (—CH3), polimer molekülü tarafına dizilirler (Bk. PLASTİKLER). Geçiş elementleri ayrıca, katalizör olarak anorganik tepkimelerde çok önemli bir görevi yerine getirirler: Vanadyum pen-toksit katalizörü (V205), sülfürik asit üretiminde kullanılır.

Kanın önemli bir bileşeni olan hemoglobin, demir tabanlı, organo-metalik bir bileşimdir; bu atom çevresindeki düzenlenme değişimleri, moleküle, gereken oksijeni yakalama ve taşıma'Özelliği kazandırmaktadır. Karbon monoksidin zehirleyici etkisi, hemoglobin molekülüne oksijen bağlanacağı yerde, karbon monoksidin bağlanmasından doğmaktadır. Tepkime sonucu kan, kiraz kırmızısı rengini alır.

remşit · #5 10.12.07, 23:22

Renk özelliği:

Geçiş elementlerinin ve ender toprak elementlerinin oluşturduğu bileşikler, parlak renkleriyle dikkati çekerler. Bunun nedeni, tamamlanmamış «d» ve «f» düzeylerindeki elektronların, geçici olarak daha yüksek enerjili düzeylere atlaması, böylece, belirli dalgaboyundaki ışığın soğurulmasıdır.

Renkli cam üretiminde, yüzyıllardır kırmızı için demir, mavi için kobalt, yeşil için krom bileşikleri kullanılır.' Günümüzde de, birçok yenilik getirilmiş olmasına karşılık, uygulanan teknik temelde aynıdır. Sözgelimi, demir artıklarının camda oluşturduğu istenmeyen sarı rengin giderilmesi, bir miktar neodim eklenerek sağlanır. Cam işçilerinin gözlükleri de, sodyum alevinin sarı ışığını soğurması için praseodimle kaplanır. Ender toprak elementlerinin, optik endüstrisinde önemi büyüktür. Merceklerin kırılma indislerini artırmak için, cam içine lantan oksit katılır. Gene optik cilalayıcılar arasında seryum oksit, en iyi sonuç verenidir
.
Değerli taşların renkleri de, içlerindeki geçiş elementlerinden kaynaklanmaktadır. Sözgelimi, farklı biçimlerdeki krom, hem yakutun kırmızı rengini, hem de zümrütün yeşil rengini verir. «İtriyum alüminyum lal taşı» adı verilen silikat bileşimi, yararlı elektrik özellikleri bulunan yapay taşların temelini oluşturur.

Ender toprak elementlerinin en çok tüketildiği alanlardan biri de, renkli televizyon endüstrisidir. Renkli televizyonlarda kadmiyum sülfür tabanlı kırmızı fosfor, pek yeterli olamamıştı; onun yerine kullanılan evropyum oksit ile doyurulmuş itriyum ya da gadolinyum oksit, çok daha iyi sonuçlar vermektedir. Evropyum, röntgen filmlerinde de kullanılan baryum fosfatlı fosforları tutma özelliği gösterir.

Seçenekler
Yazdırılabilir şekli göster Sayfayı E-Mail olarak gönder
Stil
Normal Hybrid-Şeklinde gösterime geç Ağaç şeklinde gösterime geç

Bunlara Baktınız mı?