Atomların dizilme şekilleri, malzemelerin özelliklerini etkilemektedir.

Transkript

1 ATOMLARIN DİZİLİŞLERİ Atomların Dizilişleri Atomların dizilme şekilleri, malzemelerin özelliklerini etkilemektedir. Atomların dizilme şekilleri, amorf, moleküler ve kristal olmak üzere üçe ayrılır. 1

2 Atomlar düzensiz bir şekilde dizilmişlerse, böyle bir yapıya amorf yapı adı verilir. Gazlar, sıvılar ve katı bir madde olan cam amorf yapılıdır. 2

3 Kuvvetli bağlarla bağlanmış olan atomlardan oluşan moleküller, birbirleriyle zayıf bağlanarak bir arada bulunuyorsa bu tür yapılara moleküler yapı ismi verilir. 3

4 Atomların üç boyutlu olarak belirli bir geometrik düzene göre dizilmeleri sonucu meydana gelen yapıya kristal yapı adı verilir. 4

5 Kristal Yapısı ve Birim Hücreler Atomların üç boyutlu olarak belirli bir geometrik düzene göre dizilmeleri sonucu meydana gelen yapıya kristal yapı veya kristal kafesi ismi verilir. Bir malzemenin kristal yapısı, kristal kafesi içerisindeki atomların dizilişi, kafesin boyutu ve kafesin şekline göre değişmektedir. Metalleri erigittiğimiz zaman sıvı haldeki metal atomları düzensiz bir şekilde dağılır. Soğutulduğunda ise, tekrar geometrik bir düzene göre dizilerek kristal yapıyı meydana getirirler. 5

6 Kristal Yapısı ve Birim Hücreler Atomların üç boyutlu olarak belirli bir geometrik düzene göre dizilmeleri sonucu meydana gelen yapıya kristal yapı veya kristal kafesi ismi verilir. Bir malzemenin kristal yapısı, kristal kafesi içerisindeki atomların dizilişi, kafesin boyutu ve kafesin şekline göre değişmektedir. Metalleri erigittiğimiz zaman sıvı haldeki metal atomları düzensiz bir şekilde dağılır. Soğutulduğunda ise, tekrar geometrik bir düzene göre dizilerek kristal yapıyı meydana getirirler. 6

7 Birim hücre, kristalin tekrarlanan en küçük hacimsel birimine verilen isimdir. Atomların bulunduğu yerlere kafes noktaları denir. 7

8 Birim hücrenin boyut ve şeklini tarif eden parametrelere, kafes parametreleri adı verilir. 8

9 9

10 10

11 14 adet kristal kafesi olmasına rağmen metalik malzemelerde en fazla gözüken kübik ve hegzagonal sıkı paket kristal kafesleridir. Alüminyum, demir, bakır, kurşun, molibden gibi çoğu metaller kübik yapıya sahiptirler. Çinko, kobalt, titanyum ise hegzagonal kristal yapıya sahiptirler. 11

12 12

13 Kübik Kristal Sistemi Atomların Dizilişleri Kübik kristal sisteminde kafes geometrisi, kenarları eşit bir küp şeklindedir ve atomlar üç farklı şekilde dizilerek basit kübik, yüzey merkezli kübik ve hacim merkezli kübik meydana getirirler. 460 BC, Democritus atom fikrini ortaya attı. Bir hava içerisinde taş parçasını sürekli kırdı ve artık taş parçası ufalanamayacak kadar küçüldü. Buna Yunanca da görünmez anlamına Gelen atom adı verildi.

14 Basit kübik kafeste atomlar küpün herbir köşesine yerleşir. Kararsız bir atom dizilişi sebebiyle doğada bu yapıya uyan bir madde yoktur. Basit kübik kafesin birim hücresinde toplam 1 adet atom bulunmaktadır. 14

15 Hacim merkezli kübik (HMK) kafeste, küpün herbir köşesinde ve ortasında birer atom bulunmaktadır. Demir oda sıcaklığında bu yapıya sahiptir. Hacim merkezli kübik kafesin birim hücresinde toplam 2 adet atom bulunmaktadır. 15

16 Yüzey merkezli kübik (YMK) kafeste atomlar küpün herbir köşesine ve yüzeyine yerleşir. YMK kafesin birim hücresinde toplam 4 adet atom bulunmaktadır. 16

17 Hagzagonal kristal sisteminin basit hegzagonal ve hegzagonal sıkı paket (HSP) olmak üzere iki tipi bulunmaktadır. Basit hegzagonal yapıya sahip metal olmadığı için, hegzagonal sıkı paket kristal kafesi tanıtılacaktır. Birim hücredeki toplam atom sayısı 6 dır. İdeal HSP kafes sistemine sahip metallerde c/a oranı e eşittir. Yani c= a dır. 17

18 Koordinasyon Sayısı Atomlar ne kadar sıkı dizilirse, kristal yapı o derece daha düşük enerji seviyesine sahip olur. Böylece daha kararlı bir kristal yapısı meydana gelir. Atomların ne kadar sıkı dizildiklerini koordinasyon sayısı ile anlamak mümkündür. Bir atoma en yakın atomların sayısına koordinasyon sayısı adı verilir. 18

19 Basit kübik bir yapıda koordinasyon sayısı, yani bir atoma en yakın atomların sayısı 6 dır. 19

20 Hacim merkezli kübik kafeste koordinasyon sayısı 8 dir. 20

21 Yüzey merkezli kübik kafeste koordinasyon sayısı 12 dir. 21

22 Hagzagonal kristal kafesinde koordinasyon sayısı 12 dir. 22

23 Atom Paketleme Faktörü Atomların Dizilişleri Atomların birim kafes içerisinde ne kadar sıklıkla dizildiğini yani kafesin ne kadarının boş ne kadarının dolu olduğunu gösterir. APF=(Birim hücredeki atomların sayısı)x(bir atomun hacmi) / (Birim hücrenin hacmi) 23

24 Basit kübik kafesin APF nün hesaplanması: ( APF) BK 4 3 = (1)( πr )/(2R) 3 3 =

25 Hacim merkezli kübik kafesin APF nün hesaplanması: ( APF) HMK = 4 (2)( 3 πr 3 4R )/( ) 3 3 =

26 Yüzey merkezli kübik kafesin APF nün hesaplanması: ( APF) YMK = 4 (4)( 3 πr 3 4R )/( ) 2 3 =

27 Hegzagonal sıkı paket kafesin APF nün hesaplanması: ( APF) HSP = (6)( πr )/(3 3)/ 2)(2R) (1.663)(2R) 3 =