Yapılar nasıl gösterilir ve tanımlanır?

Transkript

1 17 KASIM 2014

2 Yapı nedir?

3 Yapılar nasıl gösterilir ve tanımlanır?

4 Kordinasyon çokgenlerinin kurgusunda temel ilke nedir?

5 Polimorfizm, izomorfizm ve psödomorfizm arasındaki farkları örnekleyerek açıklayınız.

6 BÖLÜM V KRİSTAL KİMYASI VE BAĞLAR

7 ATOMUN YAPISI Kristal kimyasında en önemli nokta minerali oluşturan atomların özellikleridir. Bu özellikleri değişik minerallere göre algılayabilmek için atomun yapısındaki as parçacıkları ve bunların mineral üzerindeki etkilerini bilmek büyük önem taşımaktadır.

8 Atomun en önemli parçası olan elektronlar kuantum sayılarına göre adlandırılır. 1. Ana k.s. n ile gösterilir ve bir elektronun açısal momentumudur. n=1, 2, 3, 4,.veya K, L, M, N,.ile gösterilir. 2. Azimutal k.s. l ile gösterilir ve yörüngelerin küresel olup olmadıklarını gösterir.0, 1, 2, 3, 4,.n-1 veya s, p, d, f, Kimyasal bağlar için önemlidir. 3. Magnetik k.s. Uzayda bir yörüngenin oryantasyonunu gösterir. m ile ifade edilir. 0, ±1, ±2, ±l 4. Spin k.s. Elektronların dönümünü gösterir. S ile temsil edilir. ±1/2 dir.

9 Elektronlar yörüngelere yerleştirilirken (Pauli Prensibi); 2n 2 formülüne uyarlar. (n : yörünge sayısı, 1,2,3... gibi tamsayılar) Son yörüngede maksimum 8 elektron bulunur. Elektronik konfigürasyon Bir atomun elektronlarının hangi yörüngede olduğu ve orbitallerinin cinsinin belirtildiği yazma düzenine Elektronik konfigürasyon denir. n : Baş kuant sayısı olup 1, 2, 3,... gibi tam sayılardır. Elektronun hangi yörüngede olduğunu belirtir. l : Yan kuant sayısı olup, orbital adı olarak bilinir, s, p, d, f gibi harflerle anılır. Elektronlar önce düşük potansiyel enerjili orbitallere yerleşirler. Dört değişik enerji düzeyi vardır. s : Enerji seviyesi en düşük orbitaldir. 2 elektron alabilir. p : s orbitalinden sonra elektronlar p orbitallerine yerleşir. px, py, pz olmak üzere 3 tanedir. p orbitalleri toplam 6 elektron alabilir. d : 10 elektron alır ve toplam 5 tanedir. p orbitallerinden sonra elektronlar d orbitallerine yerleşirler. f : f orbitalleri toplam 14 elektron alır ve 7 tanedir. Enerji düzeyi en yüksek olan orbitaldır.

10

11 Değerlik elektron (ya da Valans elektron), Bir atomun en dış kabuğunda (valans yörüngesi) bulunan elektronlara verilen isimdir. Valans elektronları bir elementin diğer elementler ile kimyasal olarak nasıl etkileştiğini kararlaştırması açısından önemlidir. Bir atomdaki daha az değerlik elektron sayısı atomu daha az kararlı ve etkileşime karşı daha fazla istekli yapar. Valans kabuğu valans elektronları ile dolu ise atomun aktivitesi düşüktür ve diğer kimyasal elementler veya kendi türünden kimyasal elementler ile yapılacak etkileşimler için daha az isteklidir. Değerlik elektron sayısı grup numarasını verir. Yani periyodik tabloda değerlik elektron sayısı yukarıdan aşağıya inildikçe veya tam tersi söz konusu olursa değerlik elektron sayılarında bir değişiklik olmaz. Fakat soldan sağa gidildikçe değerlik elektron sayısı artar ve asal gaza dönüşmeye başlar.

12 Mineralojik olarak valans elektronlarının doğası çok önemlidir. 1- s ve p as halkaları tamamen doludur ve duraylı haldir ve asal elementlerin hali olup elektron alıp vermezler. 2- s ve p as halkaları tam değildir. s de eksik elektron var ise, bunlar metalik olarak adlandırılır. p de ise fazladan varsa bunlar metal olmayanlardır. 3- Geçiş elementi olarak bilinen elementler, Z (A.N.)=21-30 (sıra 4), Z=39-48 (sıra 5) ve Z=57-80 (sıra 6). Bunlarda elektronlar iç halkaları da doldururlar. İç halkalar doludur ve bunlar s ve d nin her ikisinden de elektron kaybederler. Bu minerallerin renklenmesi açısından önemlidir.

13 4- Ender toprak elementlerinde ise f as halkaları değişiklik gösterir. Dış halkalarındaki elektronları benzer olanlar benzer kimyasal özellik gösterirler ve ve benzer kristalografik konumlarda yer alırlar. Elektronegativite değeri düşük olanlar elektron verir, yüksek olanlar ise elektron alır. İyonlaşma: elektron alıp verme yetisidir. Elementler arasındaki elektronegativite farkı bağın türünü belirler. Atomik ve iyonik çap: Atom veya iyon oluşları, bağ yapıları ve komşu atomların türüne bağlıdır.

14 Kimyasal Bağlar ve Yapısal Özellikler: Mineralin kimyasal bileşimi çok önemlidir. Ancak bileşimdeki atom ve iyonların birbirleri ile olan ilişkileri ve nasıl bağlandıkları birçok özelliğin nedenidir. Kristallerin geometrik çatıları ile kristali oluşturan atom, iyon ve moleküllerle olan ilişkisi, bir mineralin kimyasını oluşturur. Örneğin NaCl, ZnS ve SiO 2 farklı yapılarda ve kristal sistemlerinde yer alırlar. Bütün bu özellikler: - Kristali yani minerali oluşturan atomların(veya iyonların) bireysel atomik özelliklerine yani elektronik yapıları ve boyutlarına, - Ve atomların bağ yapılarına bağlıdır. Mineraller sınıflandırılırlarken yapılarını oluşturan anyon veya anyon guruplarına göre sınıflandırılırlar. Bu gruplar mineralde veya kristalde gözlenen kimyasal özellikleri ( indirgenme, yükseltgenme, çözünme, tepkime verme) denetler. Dolaylı olarak da bir çok fiziksel özelliği belirler.

15 Kimyasal Bağlar İyonik Bağ: İki farklı atom arasında asal elementlere benzemek, yani en dış halkalarını tamamlamak için tam bir elektron alışverişi ile sağlanır. Bunun sonucunda:

16 -Yapı iyonlardan oluşur. Yani anyon ve katyonlar vardır. -Ayni türden atomlar arasında bağ yapmazlar. - Yönlenme yoktur. - Güçlü bir elektrostatik çekimle bir arada dururlar. - VI veya daha fazla koordinasyon yaparlar (yapının nasıl olduğunu bu özellik denetler). - Sert ve kırılgandırlar. - Saydam ve renksiz - Elektiriği ve ısıyı iletmezler, çözeltileri elektiriği iletir. - Ergime noktaları yüksektir. - Genleşme katsayıları düşüktür. - Minerallerde en yaygın bağ türüdür.

17 Kovalent Bağ: Ayni veya farklı atomlar arasında dış halkadaki elektronların ortak kullanımı ile sağlanır. Bunun sonucunda:

18 - Yapı atomlardan ve moleküllerden oluşur. - Ayni türden ve farklı türden elementler arasında oluşabilir. - Elektronların ortak kullanımı belli bir yönde sağlanabildiğinden yönlenme vardır. - Tutan kuvvet elektrostatiktir. - Koordinasyon sayıları VI ve daha küçüktür. - Ergime noktaları yüksek, ergiyik aralıkları dardır. - Yalıtkandırlar. - Renksiz ve saydamdırlar. - Sert ve sağlamdırlar. - Genleşme katsayıları düşüktür. - Minerallerde ikinci yaygın bağ türüdür.

19 Metalik Bağ: Metal çekirdeklerinin arasında serbestçe dolaşan ve çok kolayca yörüngeye girip çıkan elektronlar veya elektron bulutu ile sağlanır. Bunun sonucunda:

20 - Yönlenme yoktur. - Koordinasyon sayısı VI ve VIII dir. - Sertlikleri ve sağlamlıkları değişkendir. - Ergime noktaları değişkendir ve ergiyik aralıkları geniştir. - Bükülebilir, levha ve tel haline getirilebilir, hatta rendelenebilirler. - Isıyı ve elektriği iyi iletirler. - Opak ve renklidirler. - Mükemmel bir paketlenme gösterirler.

21 Van Der Waals Bağı: kovalent Van der waals Asal element konfigürasyonuna benzemek için, kutuplaşmış moleküller arası bağlanma. (ASAL ELEMENT: Soy gazlarla eş anlamlı olan, He (helyum), Ne (neon), Ar (argon), Kr (kripton), Xe (ksenon) ve Rn (radon) elementlerini içine alan periyodik sistemin 8. Grubu elementleri. Hepsi de tek atomlu gazlar halinde bulunan bu elementler, kararlı elektron düzenine sahip oldukları için elektron alış-verişi yapmazlar ve başka elementlerle bileşme eğilimi göstermezler. Bu nedenle bu gazlara asal gaz ya da soy gaz adı verilmiştir.).

22 Bunun sonucunda: - Komşu moleküller arası kutupsal bir çekim. - Çok zayıf bir bağ - Tek başına minerallerde bulunmaz. - Yumuşak bir özellik verir. - Ergime noktaları düşük. - Genleşme katsayıları yüksek - Yer aldığı mineralin fiziksel özelliklerini kontrol eder. - Yalıtkandır.

23 Hidrojen Bağ: Bu bağ hidrojen ve oksijen arasında oluşan bir bağdır. Oluşan kutupsal molekül veya OH kökü ile silikatlar içerisinde zayıf olarak yer alır. Silikatlar için önemlidir.

24 KRİSTALLERDE TİP YAPILAR

25 Kristallerde Tip yapılar: Mineralde baskın bağ yapıyı kontrol eder. - Element Mineraller( Geçiş elementleri, C, S)in yapıları - AX yapıları - AX 2 yapıları - A 2 X 3 yapıları - ABX 3 yapıları - ABX 4 yapıları - A 2 BX 4 yapıları - Silikat yapıları (SiO 4-4 tetraederi)

26 Element Mineraller: Genelde kübik yapıdadırlar. elmas grafit

27 Elmas (C) Yüzeyi merkezlenmiş küp olup birim hücrenin içinde 4 C atomu daha var. C [4]. Grafitte ise 6.

28 AX Yapılar: a) Halit(MgO, PbS, MgS vs) tipi b)cscl tipi, c) sfalarit tipi ve d)vurtzit tipi. Halit (NaCl) CsCl Alkali halitler, oksitler ve sülfidler Na [6] Cl [6] Yüksek basınçta (18000 bar da) Halit CsCl yapısına dönüşür. Cs [8] Cl [8]

29 Sfalarit (ZnS) Vurtzit (ZnS)

30 AX 2 Yapılar: a) Fluorit tipi, b) Rutil tipi ve c) Kuvars tipi Fluorit (CaF 2 ) Kuvars (SiO 2 ) Rutil (TiO 2 )

31 A 2 X 3 tipi yapılar: korendon (Al 2 O 3 ), hematit (Fe 2 O 3 ))

32 ABX 3 Yapıları Kalsit (CaCO 3 )

33

34 Kalsit ve Aragonit. 6 9

35 İlmenit (CaTiO 3 )

36 ABX 4 Yapısı: Zirkon (ZrSiO 4 )

37 A 2 BX 4 yapısı: Olivin(MgFeSiO 4 ).

38 Silikat yapıları: Silikat yapıları koordinasyon çokgenine göre başlar. Temel çokgen bir tetraederdir ve bunun birbirleri ile nasıl bağlandığına göre devam eder. [SiO 4 ] -4 ve birbirlerine bağlanarak oluşturdukları polimer yapılar esastır. 1. Ada 2. Grup 3. Halka

39 4.Tek zincir 4.Çift zincir 5.Tabaka

40 6.İskelet Silikat

41 Gruplu silikatlar Ada silikat Halkalı silikat Halkalı silikat

42 Tek zincirli silikatlar Çift zincirli silikatlar

43 İskelet silikatlar Kuvars (SiO 2 )

44 Kuvars yapısı (SiO 2 )

45 Zeolit birim hücresi (içi boş yuvarlaklar silikat tetraederinin merkezini gösteriyor)

46 Tridimit (SiO 2 )

47 Fiziksel özellikler: Minerallerin fiziksel özellikleri kristalin olmayan(amorf) maddelerinki gibi bilinen özelliklerdir. Ancak mineraller kristalin oldukları için bir çok fiziksel özellik doğrultuya bağlı yani vektörel özellik gösterir. Skaler özellikler: -yoğunluk veya özgül ağırlık(bağ yapısı ve bağ cinsine ve bağ uzunluğu vs ) Vektörel özellikler: -Optik özellikler( renk, parlaklık, saydamlık, opaklık, ) -Mekanik özellikler (sertlik, dilinim, ayrılma, bükülme, ) -Magnetik özellikler -Elektriksel özellikler -Termal özellikler Kimyasal ( kimyasal bağ yapıları) ve kistalografik özellikler beraberce bütün fiziksel ve yapısal özellikleri denetler.

48 BAĞ TİPLERİYLE İLİŞKİLİ YAPISAL VE FİZİKSEL ÖZELLİKLER Bağ Tipi Bağın doğası Yönlen me Atomlar arası minimum elektron yoğunluğu Katyon koordinas yonu Verilen özellikler İyonik (heteropolar) Atomların elektron kazanıp kaybetmesiyle oluşmuş yüklü taneler (iyonlar) arasındaki elektrostatik çekim (+), (-) Yönsüz Benzer birimler arasında asla olmazlar Ggruplar veya moleküller yok Çoğunlukla>VI, Yeterli paketlenme Mekanik olarak sağlam; sert; yüksek e.n.; renksiz; orta genleşme; iyonik olarak iletken(çözeltide) Kovalent (homopolar) İki atom tarafından elektron çiftlerinin paylaşılması Yönlü Çoğunlukla benzer birimler arasında olurlar. Sık sık kesikli molekül oluştururlar. örn: organik katılar < ıv, yönlü kuvvetler nedeniyle zayıf paketlenme Oldukça sağlam; oldukça sert(elmas hatiç); orta e.n.; kısa ergiyik aralığı; renksiz; düşük genleşme; yalıtkan Metalik Elektron gaz içindeki pozitif çekirdek. Elektronlar farklı seviye, zon ve bantlarda hareket eder. Yönsüz Kesikli birimler yok >VI, sık sık XII, mükemmel Paketlenme Değişken sağlamlık ve sertlik; geniş ergiyik aralığı; opak; orta genleşme; elektrik iletken; Van der Waals Komşu moleküllerin neden olduğu zayıf kutupsal kuvvetler. Yönsüz XeF 4 XII Zayıf; çok yumuşak; çok düşük e.n.; çok yüksek genleşme; yalıtkan

49 SONUÇLAR Mineraller uzayda atomlarının düzenli ve periyodik bir yapı gösterdiği kristalin maddelerdir. İç yapıdaki mükemmellik ve düzen dış yapıda da kendini ayni şekilde gösterir. Bu maddelerde kimyasal bağlar, yapı ve fiziksel özellikleri kontrol eder. Genellikle minerallerde iki veya daha fazla bağ bir arada bulunur. Baskın olan bağ yapıyı, ikincil olan bağ ise fiziksel özelliklerin ne olacağını belirler.

50 Kimyasal bağ çeşitleri ve minerallere kazandırdıkları özellikler?