[Hakan ARI]

HİDROJEN – H

Hidrojen (H), en basit kimyasal element. Renksiz, kokusuz, tatsız ve yanıcı bir gazdır. Hidrojen atomu, birim artı elektrik yüklü bir proton içeren bir çekirdek ile bu çekirdeğin çevresinde dolanan birim eksi elektrik yüklü bir elektrondan oluşur. Hidrojen atomları tepkindir ve çiftler halinde birleşerek hidrojen moleküllerini (H oluştururlar. Bolluk bakımından Yer�de bulunan elementler arasında dokuzuncu sırayı alır ve Yer kütlesinin yaklaşık yüzde 0,9�u hidrojendir. Evrende en bol miktarda bulunan elementtir ve tüm madde kütlesinin yaklaşık yüzde 75�ini oluşturur. Hidrojen, karbonla ve öteki elementlerle yaptığı bileşikler halinde bütün hayvansal ve bitkisel maddeler de, ayrıca kömürde ve petrolde bulunur; su kütlesinin de yaklaşık yüzde 11�i hidrojendir.

Hidrojeni ilk olarak 16. yüzyılda İsviçreli simyacı Paracelsus, asitlerin bazı metaller üzerindeki etkisini araştırırken elde etti. 1766�da İngiliz kimyacı Henry Cavendish ise hidrojenin öbür yanıcı gazlardan ayrı bir gaz olduğunu belirledi ve belirli miktarlardaki asitleri ve metalleri tepkimeye sokarak oluşan hidrojenin miktarını ve yoğunluğunu ölçtü. Hidrojenin yanmasıyla su oluşumu 1776�da gözlendi. Hidrojen adı 1781�de Fransız kimyacı Antoine-Laurent Lavoisier tarafından önerildi.

1783�te balonlarda hidrojen gazı kullanımı başlatıldı; bu uygulama Il. Dünya Savaşı�na değin sürdürüldü, ama bu arada hava gemilerinde daha çok, hidrojenin tersine yanıcı olmayan helyum gazından yararlanıldı. Hidrojen en çok, bireşim yoluyla amonyak ve metanol üretiminde, petrol ürünü yakıtlar da kükürt giderilmesi işlemlerinde ve bazı rafineri yan ürünlerinden uçucu, kararlı, ürünler elde edilmesinde tüketilir. Ayrıca, organik bileşiklerin hidrojenlenmesiyle çeşitli sanayi ürünlerinin ve çözücülerin üretiminde, örneğin benzenden sikloheksan elde etmede, hayvansal ve bitkisel yağlardan kahvaltılık ve yemeklik yağlar gibi gıda ürünlerinin hazırlanmasında kullanılır. Hidrojen, klor ve brom ile tepkiyerek hidrojen klorür ve hidrojen bromür oluşturur. Özellikle tungsten ve molibden gibi bazı metaller, oksitlerinin ya da tuzlarının hidrojenle işlenmesi yoluyla elde edilir.

Hidrojenin oksijenle yanması sonucunda yaklaşık 2.600eC bir sıcaklık ortaya çıkar; hidrojen moleküllerinin bir elektrik arkı ya da akkor bir tungsten teli yardımıyla ayrıştırılması sonucunda oluşan hidrojen atomlarının yeniden birleşmesiyle de 3.400°C�nin üzerinde sıcaklıklar elde edilebilir.

Az miktarlarda hidrojen elde etmek için çoğunlukla çinkonun sülfürik asitle işlenme i yönteminden yararlanılır. Sanayi çapında ki üretimde ise, metan gibi bazı hidrokarbonların üzerinden su buharı ya da oksijen geçirilmesi tekniği uygulanır. Hidrojen� ayrıca, çeşitli mayalama ve petrol arıtma işlemlerinde ve elektroliz yoluyla sudkostik ve Klor üretiminde yan ürün olarak elde edilir. Hidrojen kimyasal açıdan periyodik tablodaki IA. ve VİİA, grup elementlerine benzer. Metallerle oluşturduğu bileşiklerinde hidrojen atomu ikinci bir elektron alarak ek si yüklü hidrür iyonu (H-), ametallerle yaptığı bileşiklerinde ise elektronunu paylaşarak metan, amonyak, su ve hidrojen klorür gibi ortaklaşım bağıyla bağlanmış moleküller oluşturur. Bazı durumlarda ortaklaşım bağı kolayca kırılır ve böylece ortaya hidrojen iyonu (W) ile başlangıçtaki molekülün geri kalan bölümünden eksi yük lü bir iyon ortaya çıkar. Özellikle sulu çözeltilerdeki çoğu asidin özellikleri, hidrojen iyonunun varlığından kaynaklanır. Başlıca hidrojen bileşiklerine ilişkin ek bilgi için bak. alkoller; amonyak; hidrokarbonlar; hidrür.

Hidrojen, flüor ile son derece düşük sıcaklıklarda bile şiddetle tepkimeye girerken öbür elementlerin çoğuyla ısı yardımıyla ya da bir katalizör eşliğinde tepkimeye girer. Hidrojen doğada üç kararlı izotopunun birleşimi halinde bulunur. Bunlardan hidrojen-1 (protonyum) yüzde 99,985 ve hidrojen-2 (döteryum) yüzde 0,015 oranında, hidrojen-3 (trityum) ise eser miktarda bulu nur. Trityum(*) yapay olarak da üretilebilir, radyoaktiftir ve yan ömrü 12,26 yıldır.

atom numarası

1

atom ağırlığı

1,00797

erime noktası

�259,2°C

kaynama noktası

�252,8°C

yoğunluğu

0.08988 gr/l (0°C,1 atm)

yükseltgenme durumları

�1

1elektronların yerleşimi

1s2

Hidrojen iyonu, hidrojen atomunun, çevresinde dolanan elektrondan ayrılmış çekirdeği. Hidrojen atomunun çekirdeği, proton(*) denilen birim artı elektrik yük taşı yan bir parçacıktan oluşur. Bu nedenle, simgesi W olan ayrılmış hidrojen iyonu, genellikle protonu göstermek için kullanılır. Yalın haldeki çekirdek elektron, atom ve molekül gibi başka parçacıklarla kolayca birleşebildiğinden, hidrojen iyonu yalnızca içinde hemen hemen başka hiçbir parçacık bulunmayan (yüksek vakum) bir ortamda ve gaz halinde var olabilir.

Günlük kimya dilinde hidrojen iyonu teri mi, sulu çözeltilerde WH molekülü biçiminde birleşmiş halde yer alan hidrojen iyonunu belirtmek için kullanılır. W formülü H olarak da yazılır ve hidronyum ya da oksonyum iyonunu gösterir. Sulu çözeltilerde bulunan hidrojen iyonu miktarı, bir maddenin asitliğinin ölçüsü nü göstermekte kullanılır. Çözeltinin hidrojen iyonu derişikliği arttıkça asitliği de artar, buna karşılık pH�si düşer. Ayrıca bak. pH.

IYOT – I

İyot (1), periyodik tablonun VIIA grubunu oluşturan halojenler ailesinin üyesi olan kimyasal element. Siyaha yakın renkli, kristal yapılı bir ametaldir. Tıpta, bazı organik bileşiklerin bireşim yoluyla hazırlanmasında, boya üretiminde, analitik kimyada ve fotoğrafçılıkta kullanılır. Katı hal deki iyot oda sıcaklığında süblimleşerek gözü ve solunum yollarını etkileyen koyu menekşe renkli bir gaz haline gelir. Alkolde ve az miktarda da suda çözündüğünde kahverengi çözeltiler, karbon tetraklorür ve karbon disülfürde çözündüğünde ise menekşe renkli çözeltiler verir.

İyot doğada yalın halde bulunmaz. Deniz suyunda iyodür iyonu (I-1) halinde ve bir ton deniz suyunda yaklaşık 50 miligram ölçeğinde yer alır. Buna karşılık çoğu doğal tuzların bileşiminde bol miktarda bulunur. Hayvanlarda ve bitkilerde genellikle çok azdır, ama deniz yosunlarında çok boldur. Kayaçlarda eser element olarak yer alan iyot, hiçbir yerde kendi başına mineral oluşturacak kadar derişik değildir. Ticari üretim için en önemli iyot kaynağı, özellikle kalsiyum iyodat (Ca(IO3)2) gibi katı iyodatlar içeren . Şili güherçilesi ya da nitrat çökelleridir. Iyot elementini 1811�de Fransız Bernard Curtois, deniz yosunları külündeki çözünebilen maddeleri özütlemekte kullandığı suda buldu. İyot o zamandan beri Fransa�da, İngiltere�de ve son yıllarda da Japonya�da deniz yosunlarından üretilmektedir.

İyot, insan vücudu için yaşamsal önemi olan bir mikrobileşendir ve insan vücudunda, çoğu tiroit bezinde yoğunlaşmış 14 miligram iyot bulunur. Tiroit bezinin salgıladığı iyot içeren tiroksin gibi hormonlar, tüm vücut hücrelerinde metabolizma işlevlerinin gerçekleşmesi için çok önemlidir. Alpler ve Kuzey Amerika�daki Büyük Göller gibi besinlerin yeterli miktarda iyot içermediği bölgelerde, insanlar iyot gereksinimlerini temel olarak sofra tuzundan sağlarlar; sofra tuzu, her 100 bin bölüm sodyum klorüre karşılık bir bölüm iyot içerir. İyot eksikliği insanlarda yerleşik (endemik) guatr ve miksodem hastalıklarına neden olur.

Derişik iyot zehirlidir; deri ve dokulara önemli ölçüde zarar verir. Alkoldeki seyreltik çözeltisinden (tentürdiyot) ve sulu çözeltisinden küçük yaralanmalarda antiseptik olarak yararlanılır. Kimyasal bileşiklerinde genellikle �-1 (iyodürler), +5 (iyodatlar) ve +7 (periyodatlar) değerlikli olan iyot, pek çok metalle ve bazı metal olmayan elementlerle kolayca birleşerek iyodürleri oluşturur. Bir elektronunu kolayca verebilen iyodür iyonu kuvvetli bir indirgendir. İyodür iyonu renksizdir, ama iyodür çözeltileri, iyodürün havadaki oksijenin etkisiyle serbest iyota yükseltgenmesi nedeniyle açık kahverengimsi bir renk kazanabilir. İki atomdan oluşan element halindeki iyot molekülü (I2), iyodürlerle birleşerek poli iyodürleri (I2 + I-1 → I3-1 oluşturur.

Bu nedenle çözünür iyodür içeren çözeltilerde çok miktarda iyot çözünebilir. Hidrojen iyodürün (HI) sudaki çözeltilerine hidroiyodik asit denir, Hidroiyodik asit kuvvetli bir asittir ve metaller, oksitler, hidroksitler ve karbonatlarla tepkimeye girerek metal iyodürleri oluşturur. Orta derecede kuvvetli bir asit olan iyodik asit (HIO3) +5 değerlikli iyot içerir. Suyu kolayca giderilebilen iyodik asit böylece beyaz bir katı olan iyot peroksite (I205) dönüştürülebilir. Periyodatlar, merkezdeki büyük iyot atomunun, çok sayıda oksijen atomunun birleşerek bağ oluşturmasına olanak sağlaması nedeniyle, potasyum periyodat (KIO4) ya da gümüş paraperiyodat (Ag5IO6) biçimini alabilir.

Doğada bulunan tek iyot izotopu iyot-127� dir. Son derece yararlı bir radyoaktif izotop olan iyot-131�in yarı ömrü sekiz gündür Tıpta tiroid bezinin çalışmasının düzenlenmesinde, guatr ve tiroid kanserinin tedavisinde, karaciğer ve beyindeki urların yerlerinin belirlenmesinde kullanılan iyot 131�den bileşiklerin metabolizmadaki dolaşımının izlenmesinde de yararlanılır. Bazı iyotlu bileşikler ise radyolojide X ışınlarını geçirmeyen ortam olarak kullanılır. Nişasta eşliğindeki çok az iyot bile sulu çözeltilerde mavi-siyah bir renk oluşturur.

MERAKLIYSAN TIKLA İYOT DEĞERİ

atom numarası

53

atom ağırlığı

126,9044

erime noktası

113,5°C

kaynama noktası

184°C

özgül ağırlığı

4,93 (20°C�de)

değerliği

�1, +1, +3, +5, +7

elektronların yerleşimi

2-8-18-18-7 ya da (Kr)4d10 5s2 5p5

FERMİYUM – Fm

Periyodik tablonun IIIB grubundaki aktinitler dizisinden, atom numarası 100 olan yapay element. Doğada bulunmayan, ancak uranyum-238�in nötronlarla yoğun biçimde bombardıman edilmesiyle oluşan fermiyumu (fermiyum-255 izotopu halinde) ilk kez Albert Ghiorso ve arkadaşları Güney Pasifik�teki ilk termo nükleer bombanın patlamasından (Kasım 1952) geriye kalan artıklar içinden kesin olarak tanımladılar. Fermiyumun bütün izotopları radyoaktiftir. Fermiyum-254 (yarı ömrü 3,24 saat), fermiyum-255 (yarı ömrü 20,1 saat), fermiyum-256 (yarı ömrü 2,7 saat) ve fermiyum-257 (yarı ömrü 80 gün) izotoplarının karışımları, plütonyum gibi daha düşük atom numaralı elementlerin yavaşlatılmış nötronlarla yoğun bombardımanından elde edilebilir.

Fermiyum-257 izotopunun kararlı olması, ölçülebilir ağırlıklardaki fermiyumla çalışma olanağı sağlar. Nobelyumun alfa bozunumu ürünü olan fermiyum-250 (yarı ömrü 30 dakika), nobelyum-254�ün saptanmasına yardımcı olmuştur. Hemen her zaman +2 değerlikli olduğu da sanılmaktadır.

Atom numarası

100

En kararlı izotopu

257

Birleşme değeri

2,3

Elektronların yerleşimi

2-8-18-32-30-8-2 ya da(Rn) 5f12 7s2

İTRİYUM (Y)

İtriyum (Y), periyodik tablonun IIIB grubunda yer alan kimyasal element. Renkli televizyonlardaki kırmızı fosforışıl maddelerde kullanılan bir azrak toprak metalidir. Itriyum metali gümüşsü renkli, sünek, o dukça tepkin bir maddedir. Metalin torna talaşı havada kolayca tutuşur, Johan Gadolin, 1794�te Isveç�teki Ytterby köyünde bulunan bir mineralden, yeni bir metal oksiti olan itribiyayı ayırdı. Bulunan ilk azrak toprak olan ve daha sonra kısaltılarak itriya olarak adlandırılan eterbiyanın bir süre sonra bir oksitler karışımı olduğu anlaşıldı ve bir yüzyıldan uzun süre içindeki çalışmalarla bu karışımdan dokuz element ayrıldı. Bunlar itriyum, skandiyum (atom numarası 21), terbiyum (atom numarası 65), lütesyum (atom numarası 71) ile terbiyum ve lütesyum arasında yer alan beş ağır azrak toprak metalidir. Itriyum başta gadolinit, öksenit ve ksenotim olmak üzere bir dizi ağır azrak toprak mineralinde bulunur. Yerkabuğundaki korkayaçlarda, seryum dışındaki öbür azrak toprak elementlerin en sık rastlananıdır ve kurşundan iki kat daha boldur. Ayrıca çekirdek bölünmesi (fisyon) ürünü olan elementler arasında da bulunur. Itriyum sanayide, öbür azrak toprak elementlerinden iyon değişimi yoluyla ayrılarak üretilir. Itriyum metali ise itriyum flüorürün kalsiyumla indirgenmesiyle hazırlanır.

Itriyum alaşım üretiminde ve metalurji işlemlerinde kullanılır. Itriyum bileşiklerin den optik camlarda ve özel seramiklerde katalizör olarak, ayrıca fosforışıl maddeler ve laserler gibi optik ve elektronik aygıtların yapımında yararlanılır. Itriyum ve evropiyum içeren kırmızı fosforışıl maddeler renkli televizyonun geliştirilmesinde etkili olmuştur. Evropiyumla etkinleştirilmiş itriyum ortovanadat ve itriyum oksit önde gelen fosforışıl maddelerdir. Itriyum oksitten hazırlanan grenalardan üretilen elektronik mikrodalga aygıtları radarlarda ve iletişim sistemlerinde kullanılır. Örneğin, itriyum-demir grenaları kısa dalgaboylu enerjiyi çok az bir kayıpla iletir. Neodinle güçlendirilmiş 110 voltluk bir kaynakla çalışan itriyum-alüminyum grena laserleri de geliştirilmiştir. Radyoaktif itriyum ise kanser tedavisinde kullanılır.

İtriyum tipik bir üç değerlikli azrak toprak elementinin özelliklerini taşır. 0,9 angstrom (A) olan iyon yarıçapı, disprosyumün (0,908 A) ve holmiyumun (0,894 A) iyon yarıçaplarına çok yakın olduğundan bu elementlerden ayrılması zordur. Itriyum, itriyum oksit, sülfat, klorür ve karbonat gibi bir dizi beyaza yakın renkli tuz oluşturur. Y+3 iyonu ise diyamagnetiktir. Doğada bulunan tek kararlı izotopu itriyum 89�dur.

atom numarası

39

atom ağırlığı

88,905

erime noktası

1.523 0C

kaynama noktası

3.337 0C

özgül ağırlığı

4,457 (25°C�de)

değerliği

3

elektronların yerleşimi

2-8-18-9-2 ya da (Kr)4d15s2

HELYUM – He

Helyum (He), periyodik tablonun VIIIA grubun da (soy gazlar) yer alan kimyasal element. Hidrojenden sonra ikinci en hafif element olan helyum renksiz, kokusuz, tatsız ve eylemsiz (tepkimeye girmeyen) bir gazdır. �268,6°C�de sıvılaşır ve ancak yüksek basınç (y. 25 atmosfer) altında katılaşır. 2,17 K�in altında helyum-4 izotopu benzersiz özellikler kazanır: üstün akışkan durumuna geçer (ağdalılığı kaybolur) ve ısıl iletkenliği bakırınkinin bin katı olur. Bu durumdaki helyuma, normal akışkan helyum I�den ayırt edilebilmesi için helyum II adı verilir. Kimyasal olarak eylemsiz olan helyum, bileşikler oluşturmaz ve molekülleri tek atomdan oluşur.

Helyumu 1868�de, Güneş�i çevreleyen gaz atmosferi üzerinde incelemeler yapan ve Güneş tayfında o güne değin bilinen her hangi bir elemente ait olmayan parlak çizgiler saptayan Pierre Janssen ve Joseph Norman Lockyer buldular ve adlandırdılar. 1895�te de Sir William Ramsay helyumu, Yer�den çıkartılan kleveyit mineralinde bu du; Ramsay, mineralin tayfında beliren parlak sarı çizginin, Güneş tayfında saptanan helyum çizgisiyle aynı olduğunu belirledi.

Evrende hidrojenden sonra en çok bulunan ikinci element olan helyum yıldızlarda yoğunlaşmış durumdadır ve burada hidrojenden çekirdek kaynaşması yoluyla ürer. Yer atmosferinin yalnızca yüzde 0,0005�ini oluşturur ve demirli göktaşı (siderit) gibi bazı radyoaktif minerallerde ve mineral yataklarında az miktarlarda bulunur. Buna karşılık, ABD�de, özellikle Texas, New Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona ve Utah� ta çıkan doğal gazlarda yüzde 7,6�ya ulaşan oranlarda helyuma rastlanmıştır. Kanada, eski Sovyetler Birliği, Güney Afrika ve Sahra Çölünde de bazı önemli helyum kaynakları bulunmuştur.

Helyum Yer�de, radyoaktif bozunum süreçleri sonucunda oluşmuştur. Daha ağır radyoaktif maddelerin çekirdeklerinden salınan alfa parçacıkları, helyum-4 izotopunun çekirdeklendir. Helyum, argon gazının ter sine, atmosferde bol miktarlarda toplanmaz, Yer�in kütle çekimi kuvvetini aşarak yavaş yavaş uzaya yayılır. Yer�de eser miktarda bulunan helyum-3 izotopunun, yine ender rastlanan hidrojen-3 izotopunun (trityum) negatif beta bozunumu sonucunda oluştuğu sanılmaktadır. Bu nedenle Yer�de bol miktarlarda bulunan helyum, iki kararlı izotopu olan helyum-4 (yüzde 99,99987) ile helyum-3�ün (yüzde 0,00013) karışımından oluşur.

Yüzde 98,2 arılıktaki helyum gazı, doğal gazdan öteki bileşenlerin düşük sıcaklıkta ve yüksek basınç altında sıvılaştırılarak ayrılması yoluyla elde edilir. Soğutulmuş ve etkinleştirilmiş odun kömüründen öteki gazların soğurulması yöntemiyle de yüzde 99,995 anlıkta helyum elde edilebilir. Helyumdan, alüminyum gibi metallere örtülü kaynak yapılırken eylemsiz gaz atmosferi olarak yararlanılır. Ayrıca roketlerde, özellikle sıvı hidroj enli yakıt tanklarının basıncının artırılmasında kullanılır, çünkü sıvı hidrojen sıcaklığında helyum gaz halini korur. Sıvı helyum, en soğuk madde olduğundan kriyojeni (düşük sıcaklıklar fiziği) alanında da önem taşır. Helyumun kandaki çözünürlüğü çok düşüktür; bu nedenle, yüksek basınçlı ortamlarda, örneğin tüple dalışlar sırasında ya da kesonlu inşaat çalışmaların da rahat solunum sağlamak amacıyla, oksijenle karıştırılmış helyumdan yararlanılır. Göktaşlan ve kayaçlar helyum içeriği bakımından çözümlenerek tarihlendirilirler.

atom numarası

2

atom ağırlığı

4,0026

erime noktası

yok

kaynama noktası

�268,6°C

yoğunluk(1 atm, 0°C)

0,1785 gr/litre

birleşme değeri

0

elektronların yerleşimi

2 ya da 1s2

helyumla tarihleme, uranyum-235, uranyum-238 ve toryum-232 radyoaktif izotoplarının bozunumu sırasında helyum oluşumuna dayalı tarihleme yöntemi. Bu bozunum nedeniyle, helyum tutabilecek herhangi bir mineralin ya da kayacın helyum içeriği zamanla artar, böylece helyumun kendisinden önceki radyoaktif madde lere oranından jeolojik zamanın ölçülmesin de yararlanılır. Eğer kaynak izotoplar ölçülürse yöntem, uranyum-toryum-helyumla tarihleme olarak; yalnızca alfa parçacığı salımı ve helyum içeriği ölçülürse, alfa helyum radyoaktif saati olarak adlandırılır. Alfa parçacıkları, kaynak izotopların çekirdeğinden salınan helyum atomu çekirdekleridir.

Izotop jeokronolojisinde kütle spektrometresi (tayfölçüm) tekniği uygulanmadan önce, jeolojik zaman ölçeklerinin hazırlanmasında temel olarak helyumla tarihleme yönteminden yararlanılırdı. Ama helyum kayaçlardan önce atmosfere, sonra da evrene sızdığından, bu teknikle çok eskilere giden tarihlemelerin yapılması olanaklı değildir. Öte yandan radyoaktif saatleri etkisiz kılan ısıl olaylar, helyum radyoaktif saatlerini de olumsuz yönde etkiler. Gene de helyumla tarihleme tekniğinin, Senozoyik (Yakın) Zamanın sonları ile Pleyistosen Bölümde (y. 2,5 milyon-İÖ bin yıl önce) oluşan kayaçların ve minerallerin jeolojik yaşının belirlenmesinde etkili olacağı düşünül-mektedir; çünkü bu kayaçlar ve mineraller daha öncekiler gibi karmaşık süreçlerden geçmemiştir ve bu nedenle içerdikleri helyumun tümünü korumakta oldukları sanıl maktadır. Mineraller ve kayaçlar gibi fosiller de helyumla tarihlenebilir.

[Yazar]

Yazılar