MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ"

Duygu Gün
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

2 Bölüm İçeriği Bağ Enerjisi ve Kuvveti Atomlar arası mesafe, Kuvvet ve Enerji İlişkisi Atomlar arası Mesafeyi Etkileyen Faktörler. Sıcaklık, Iyonsallik derecesi, Komsu atomlarin sayisi, Kovalentlik derecesi Koordinasyon Sayisi (KS) Atomlar arası bağların belirlediği malzeme özellikleri, Malzemelerin Sınıflandırılması

3 Bağ Enerjisi ve Kuvveti 1. Cisimler çok sayida atomlarin bag kuvvetleri etkisi altinda bir arada dizilmeleri sonucu olusur. 2. Atomlar arasi itme-çekme kuvvetlerinin esit ve potansiyel enerjisinin minimum oldugu denge konumu atomlar arasi denge uzaklığını belirler. 3. Aralarinda bag bulunan belirli bir atom çifti için bu uzaklik kesindir. Bu uzakligi degistirmek için enerji gerekir.

4 Bağ Enerjisi ve Kuvveti

5 Bağ Enerjisi ve Kuvveti Iyonik bag konumu için itme ve çekme kuvvetleri asagidaki gibi yazilabilir :

6 Bağ Enerjisi ve Kuvveti :

7 Atomlar arasi mesafenin (a) itme-çekme kuvvetleri ve (b) potansiyel enerji ile iliskisi

8 Bağ Enerjisi ve Kuvveti Potansiyel enerji egrisinin biçimi ve enerji çukurunun derinligi malzemenin ; Mukavemeti Elastiste modülü Ergime sicakligi Isil genlesmesi ile yakindan ilgilidir.

9 Atomlar Arasi Mesafeyi Etkileyen Faktörler 1) Iyonsallik derecesi : Elektron alan atomun yariçapi büyür, verenlerin ise küçülür. Örnek : r Fe = 0,124; r Fe2+ = 0,074; r Fe3+ = 0,064 2) Kovalentlik derecesi : Iki atom arasinda kovalentlik derecesi arttikça birbirlerini daha kuvvetli çekerler. Bu nedenle kovalentlik derecesi arttikça atomlar arasi mesafe azalir.

10 3) Komsu atomlarin sayisi : Bir atomun komsu sayisi arttikça çevresindeki elektron yogunluğu artar, elektronlar arasi zit etkilenme atomlar arasi uzakligi artirir. 4) Sıcaklık: Artan sıcaklık atomlar arası mesafeyi artırır. Artan dış sıcaklık atomlar arası titreşime yol açar ve atomlar arası mesafe ısıl genleşmeden dolayı artar.

11 Koordinasyon Sayisi (KS) bir atoma teget birinci derecede komsularinin sayisidir. Hacimsal Atom Yogunlugu KS ile yakindan ilgilidir ve bir kütle içinde atomlarin dizilis sikligini belirtir. KS r/r e bağlı r küçük iyonun (katyon), R büyük iyonun (anyon) yarıçaplarıdır.

12 Gazlarda atomlar veya moleküller arasinda bag yoktur, bunlar bulunduklari kabin içinde sürekli serbest haldedir. Bu nedenle gazlar için ; KS gaz = 0 Sivilarda ve katilarda ise bag kuvvetleri nedeniyle atomlar birbirine deger. Sivilarda baglar daha zayif oldugu için ; KS sıvı <KSkatı Örnek : Al (kati) KS=12, Al (sivi) KS=10-11 (Sonuç olarak kati sivi hale dönüstügü zaman özgül agirlik azalir.)

20 Son limit durumda merkez ve çevre atomlarin çaplari esittir. Merkez atomun 12 komsusu vardir. Bu tür dizilis çogunlukla ayni atomlardan olusan metallerde görülür. KS = 12 için r/r = 1.0 olur!

21 KS, r/r ve ilgili geometri :

23 Atomlar arası bağların belirlediği malzeme özellikleri a) Ergime ve Buharlaşma Sıcaklıkları Katılarda kuvvetli bağlar sıvılarda zayıf bağlar egemendir. Ergime (katı sıvı) sırasında kuvvetli bağlar kopar. Buharlaşma (sıvı gaz) sırasında zayıf bağlar kopar. Her iki bağ (kuvvetli ve zayıf) için enerji çukurlarının derinliği çok farklıdır. Bağ enerjisi arttıkça ergime sıcaklıkları artar. Ub Te

24 Bağ enerjilerinin değişimi

25 b) Isil Genlesme Malzemelerin isil genlesmesi ergime sicakligi ile ters yönde değisir. Ergime sicakligi yüksek malzemelerin bağ enerjisi yüksek, potansiyel enerji çukuru daha derindir. Sicaklik yükselirken, atomlar arasi uzaklik minimumdan geçen düseye göre daha az sapar, bu nedenle isil genlesme daha az olur. Ub Te α

26 c) Mukavemet Mukavemet, bir malzemeyi koparmak için birim alana uygulanan kuvvettir ve kaynağı atomlar arası bağ kuvvetidir. Teorik olarak bulunan kohesif mukavemet deneyde bulunan değerin yaklaşık 1000 katıdır (nedeni iç yapı kusurlarıdır). Atomlar arası kohesif kuvvet büyüdükçe, enerji çukurunun derinliği ve bağ enerjisi artar, mukavemet yükselir. U b F c mukavemet

27 d) Elastisite Modülü (E) Birim şekil değiştirme (ε) için uygulanacak gerilmedir (σ). Atomlar arası bağ kuvvetinin denge mesafesindeki eğimi elastisite modülü ile orantılıdır. Kohesif kuvvet büyüdükçe, eğrinin eğimi artar, enerji çukuru derinleşir ve elastisite modülü büyük olur. Sıcaklık artarsa bu eğim de azalır. Bu nedenle elastisite modülü artan sıcaklık ile azalır. Ub Fc E

28 e) Elektriksel İletkenlik 1. Malzemelerde elektriksel iletkenlik, elektrik alan uygulandığında elektron hareketleri ile sağlanır. 2. Metallerde valens elektronları serbest halde olduğu için yüksek iletkenlik elde edilir. 3. İyonsal ve kovalent bağlı malzemelerde serbest elektron bulunmadığı için iletken sayılmazlar. 4. Ancak bazı kovalent bağlı malzemelerde (Si, Ge, Sn gibi) yeterli alan etkisinde, yararlı sayıda elektron serbest hale gelerek iletim sağlanır (yarı iletkenler).

29 f) Isıl İletkenlik Isı malzemelerde serbest elektron hareketi ve atomların ısıl titreşimi (fonon) ile iletilir. Serbest elektronlar fononlara göre kat daha fazla ısıl enerji iletirler. Bu nedenle metallerin ısıl iletkenliği çok yüksektir. İyonsal ve kovalent bağlı malzemelerde ısı iletimi fononlarla sağlanır ve ısıl iletkenlik düşüktür.

30 g) Optik Özellikler Metallerde ışık dalgası serbest elektron bulutu tarafından yansıtılır ve ışık metalden geçemez. Bu nedenle metaller saydam değil opaktır. İyonsal ve kovalent bağlı katılarda serbest elektron bulutu olmadığı için, ışık yansıtılmadan kolayca geçebilir. Bu malzemeler saf ve kusursuz halde saydamdır. Ancak içlerine katılan katkı maddeleri ve iç yapı kusurları saydamlığı azaltır, yarı saydam veya opak hale gelmelerine neden olur.

31 h) Kimyasal Özellikler Kimyasal olaylar atomlar arası bağ kopması veya bağ oluşumuna, yani valens elektronlarının yapısına bağlıdır. Metallerde az sayıda valens elektronu vardır. Bunlar kolayca ana atomdan ayrılır ve geride (+) yüklü metal iyonu kalır. Metal iyonları çevrenin elektrokimyasal etkilerine karşı duyarlıdır ve kolayca korozyona uğrar.

32 h) Kimyasal Özellikler Metal iyonları çevrenin elektrokimyasal etkilerine karşı duyarlıdır ve kolayca korozyona uğrar. Korozyon ürünü Fe de olduğu gibi gevrek ve kolayca kabarıp dökülürse malzeme tahrip olur. Cu ve Al de korozyon ürünü koruyucu bir tabaka oluşturur, böylece korozyon sürekli ilerlemez. İyonsal ve kovalent bağlı malzemeler dış etkilere karşı dayanıklı olurlar.

33 Atomsal baglarina göre malzemelerin siniflandirilmasi 1) METALLER Metalsel bağa sahip aynı veya benzer atomlar düzenli bir biçimde dizilerek kristal yapı oluştururlar. Hacimsel atom yoğunlukları yüksektir (KS =12 veya 8). Bu nedenle özgül ağırlıkları yüksek olur (7 g/cm 3 den büyük) Serbest elektron içerirler, elektriksel ve ısıl iletkenlikleri yüksektir. Opaktırlar, ışığı iyi yansıtırlar (reflektör). Plastik şekil vermeye elverişlidirler.

34 2) SERAMİKLER Metal ve ametal elementlerin oluşturduğu iyonik bileşiklerdir. Elektropozitif elementler (Na, Mg, Fe, Al vb.), elektronegatif elementler (Cl, O vb.) ile kolaylıkla iyonik bağ yaparak NaCl, MgO, FeO, SiO 2 gibi çok çeşitli seramikler meydana getirirler. KS genellikle 6 veya 4 olur. Yönsüz bağlı iyonlar ardışık dizilerek kristal yapı oluştururlar.

35 Doğada çoğunlukla kristalli, kısmen amorf yapıda bulunurlar. Özgül ağırlıkları (2-3 g/cm3). Plastik şekil değiştirmez, sert ve gevrek olurlar. Yüksek sertlikleri nedeniyle aşındırıcı olarak kullanılırlar (Al 2 O 3 gibi) Ergime sıcaklıkları yüksektir. Isıl iletkenlikleri düşüktür Elektrik iletkenlikleri düşüktür. Bazıları saydamdır, ışığı kötü yansıtırlar. Dış etkenlere karşı dayanıklıdırlar.

36 3) POLİMERLER Ametallerden (C, H, O, N, S, Cl, F vb.) oluşan kovalent bağlı malzemelerdir. Monomer denilen molekül bireyleri birbirine kovalent bağlarla eklenerek çok büyük moleküllere dönüşür, polimer adını alır. Polimerler ısıya karşı olan davranışlarına göre termoplastik (PE, PVC vb.) ve termoset (epoksi, bakalit vb.) olarak gruplanır.

37 KS en fazla 4 olabilir. Bu nedenle polimerlerin hacımsal atom yoğunluğu ve özgül ağırlığı düşüktür (2 g/cm3 den az). Isı ve elektriği iletmezler. Saf halde saydam olurlar, en kötü yansıtıcılardır.

Benzer belgeler

MALZEMEN MALZEMENİN. Ç YAPISI: Kat. Katılarda Atomsal Ba

MALZEMEN MALZEMENİN. Ç YAPISI: Kat. Katılarda Atomsal Ba MALZEMEN İN İİÇ Ç YAPISI: Kat ılarda MALZEMENİN Katılarda Atomsal Ba ğ Bağ Bölüm İçeriği Bağ Enerjisi ve Kuvveti Atomlar arası mesafe, Kuvvet ve Enerji İlişkisi Atomlar arası Mesafeyi Etkileyen Faktörler.