MALZEME BİLGB ATOM YAPISI. Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN. Pamukkale Üniversitesi BAHAR

Transkript

1 2 MALZEME BİLGB LGİSİ ATOM YAPISI Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN Pamukkale Üniversitesi BAHAR

2 GİRİŞİŞ Herhangi bir yapının projelendirmesi ve inşaatı aşamasında, inşaat mühendisinin görevi ve amacı, aşağıda belirtilen üç koşulu bir arada gerçekleştirmektir: a) Yapı istenilen işlevi yapabilmelidir, b) Yapı değişik dış etkilere süresiz dayanıklı olmalıdır, c) Yapı güzel ve ekonomik olmalıdır. Bu koşulların yerine getirilmesinde malzeme özellikleri önemli yer tutar. Malzemenin özelliklerini bilmeden yukarıdaki koşulların sağlanabilmesi olanaksızdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 2

3 GİRİŞİŞ Malzemelerden beklenilen en önemli özellikler: -Gerilmelere karşı göstermiş olduğu u dayanım, -Aşındırıcı etkilere karşı göstermiş olduğu u Dayanım, -Yüksek sıcakls caklık k dayanımı, -Hafiflik, -Elektrik ve ısı iletkenliği, i, -Üretilebilme ve şekillendirilebilme özelliği, i, vs. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 3

4 MALZEME ÇEŞİTLERİ KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA 1. Taşı şıyıcı malzemeler Bu gruba giren yapı malzemeleri, yapıyı ayakta tutan, yükleri karşı şılayan, yapının n iskeletini oluşturan beton, çelik, betonarme, ahşap ap gibi mekanik özellikleri yüksek y olan malzemelerdir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 4

5 MALZEME ÇEŞİTLERİ KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA 2. Detay malzemeleri Bu malzemeler yapılarda belirli işlevleri i olan ve dekoratif amaçlarla kullanılan lan cilalı taş,, boya gibi malzemelerdir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 5

6 MALZEME ÇEŞİTLERİ KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA 3. Koruyucu malzemeler Yapıyı olumsuz dışd etkilerden koruyan, cam pamuğu, u, perlit, bitüml mlü malzemeler gibi ısı,, ses ve su izolasyon malzemeleri bu gruba girerler. Bazı malzemeler ise çok amaçlı olarak kullanıld ldığı için, in, bu gruplama kesinlik taşı şımaz. Örneğin, boya malzemesi hem detay hem de izolasyon amaçlıdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 6

7 MALZEME ÇEŞİTLERİ ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA 1. Elastik Malzemeler Yük k etkisi altında şekil değiştirip, yük y k kalkınca yeniden ilk şekline dönen d malzemelere elastik malzemeler denir. Elastik davranışı en iyi simgeleyen eleman yaydır. Lastik ve kauçuk uk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 7

8 MALZEME ÇEŞİTLERİ ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA 1. Elastik Malzemeler Yük k etkisi altında şekil değiştirip, yük y k kalkınca yeniden ilk şekline dönen d malzemelere elastik malzemeler denir. Elastik davranışı en iyi simgeleyen eleman yaydır. Lastik ve kauçuk uk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 8

9 MALZEME ÇEŞİTLERİ ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA 1. Elastik Malzemeler Yük k etkisi altında şekil değiştirip, yük y k kalkınca yeniden ilk şekline dönen d malzemelere elastik malzemeler denir. Elastik davranışı en iyi simgeleyen eleman yaydır. Lastik ve kauçuk uk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 9

10 MALZEME ÇEŞİTLERİ ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA 2. Plastik Malzemeler Yük k etkisi altında şekil değiştirip, yük y k kalkınca yeniden ilk şekline dönmeyen, d kalıcı şekil değişimi imi bırakan b malzemelere plastik malzemeler denir. Bu davranış ışa a en iyi örnek kildir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 10

11 MALZEME ÇEŞİTLERİ ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA 3. Elasto-plastik malzemeler Malzemeler Bu tip malzemeler yükün y n mertebesine bağlı olarak hem elastik, hem de plastik davranış gösterirler. Çelik gibi bir çok yapı malzemesi bu tip davranış gösterirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 11

12 MALZEME ÇEŞİTLERİ BÜNYE BAKIMINDAN GRUPLANDIRILMA 1. Fiziksel Yapı Fiziksel özellikleri açısından a malzemeler homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler şeklinde gruplandırılabilir. labilir. Element Bileşik Homojen karışım Heterojen karışım PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 12 12

13 MALZEME ÇEŞİTLERİ BÜNYE BAKIMINDAN GRUPLANDIRILMA 1. Fiziksel Yapı Fiziksel özellikleri açısından a malzemeler homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler şeklinde gruplandırılabilir. labilir. 2. Kimyasal Yapı Kimyasal açıdan a ise malzemeler metalik (kristal), amorf, bileşik, ik, kolloidal ve seramik yapı şeklinde sınıflands flandırılabilir. labilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 13

14 MALZEME ÇEŞİTLERİ YAPI MALZEMELERİNİN DEĞİŞİK ÖZELLİKLERİ VE DENEYLERİ Yapı malzemelerinin değişik ik özellikleri vardır. r. Bunları genel olarak; mekanik, fiziksel, kimyasal, fiziko-kimyasal, kimyasal, termal, elektriksel, akustik ve optik şeklinde gruplamak olanaklıdır. Malzemelerin bazı özellikleri diğer özellikleri ile ilişkilidir. Örneğin, fiziksel özellikler, mekanik özellikleri doğrudan etkiler. Bazı özellikler malzemenin yapıdaki fonksiyonuna göre ön n plana çıkar. Örneğin, taşı şıyıcı malzemeler için i in mekanik özellikler bilinmesi zorunlu değerlerdir. erlerdir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 14

15 MALZEME ÇEŞİTLERİ YAPI MALZEMELERİNİN DEĞİŞİK ÖZELLİKLERİ VE DENEYLERİ Malzemelerin özellikleri farklı deney yöntemleri y ile belirlenir. 1. Kalite kontrol deneyleri: Belirli malzemelerin standart veya şartnamelerde belirtilen özellikleri sağlay layıp p sağlamad lamadığı kontrol edilir. Bu deneyler laboratuvar veya üretim yerinde yapılabilir. 2. Kıyaslama deneyleri: Belirli ortamlarda kullanılacak lacak farklı malzemeleri aynı koşullarda kıyaslamalk yaslamalı olarak denemek suretiyle uygun malzeme seçimi amacıyla yapılır. 3. Araştırma rma-geliştirme deneyleri: Bu tip deneyler daha sofistike olup, yeni malzemelerin geliştirilmesine veya bilinen malzemelerin bazı özelliklerinin düzeltilmesine d yöneliktir. y PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 15 15

16 MALZEME ÇEŞİTLERİ Malzeme çeşitleri; - metaller ve alaşı şımları, - polimerler, - seramikler, - kompozitler, - yarı iletkenler ve - biyomalzemeler olarak sınıflands flandırılabilir. labilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 16 16

17 MALZEME ÇEŞİTLERİ Metaller ve alaşı şımları; Çelik, alüminyum, magnezyum, çinko, dökme d demir, titanyum, bakır r gibi malzemelerdir. Metallerin karakteristik özellikleri, Element olarak veya bunların n alaşı şımlarının kristalik yapıya sahip olmaları, ısıyı ve elektriği i iyi iletmeleri, diğer malzemelere göre g izafi olarak daha sağlam ve daha tok olmaları, sünek ve plastik şekillenebilir olmaları ve darbelere dayanıkl klı olmaları şeklinde sayılabilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 17 17

18 MALZEME ÇEŞİTLERİ Polimerler; Kauçuk, uk, plastik ve yapış ıştırıcıları içine ine alan malzeme grubudur. Bu malzemeler polimerizasyon yöntemiyle organik moleküllerden llerden meydana getirilir. Polimerler mer lerin eklenmesiyle meydana getirilir. Mesela, etilen (C 2 H 4 ) bir monomer dir.. Polietilen ise mer lerin (-C 2 H 4 -)) oluşturdu turduğu u (-C( 2 H 4 -) n zinciridir. n burada 100 ile 1000 arasında değişen en bir sayıdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 18 18

19 MALZEME ÇEŞİTLERİ Polimerler; Pek çok polimerin temel elementi hidrojen ve karbondur. Diğer elementler ise akriliklerde olduğu u gibi oksijen, naylonda olduğu gibi azot, fluoroplastiklerde olduğu u gibi flor ve silisyumdur. Polimerlerin elektrik ve ısı iletkenlikleri azdır r ve yüksek y sıcaklıklarda klarda bulunmaları uygun değildir. Uzun molekül l zincirine sahip termoplastlar sünektir ve bunlara şekil verilebilir. Termoset polimerlerin ise dayanıkl klılıkları daha iyi olmakla beraber kırılgandk lgandırlar. Polimerler elektronik cihazlarda yaygın n olarak kullanılmaktad lmaktadırlar. Plastikler metallere göre g hafif ve ucuz olmalarından dolayı tasarımc mcılar için i in cazip malzemelerdir. 19 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 19

20 MALZEME ÇEŞİTLERİ Seramikler; Tuğla, cam, yüksek y sıcakls caklığa a dayanıkl klı refrakterler ve aşındırıcı (zımpara taşlar ları) ) gibi malzemelerdir. Alüminyum metaldir, fakat oksijenle yapmış olduğu u Al 2 O 3 bileşiği i bir seramiktir. Al 2 O 3 in alüminyuma göre g yüksek y sıcakls caklık k gibi değişik ik çevre şartlarında stabil bir kimyasal yapıya ve yüksek y bir ergime sıcakls caklığına (2020 C) sahip olması gibi iki üstünlüğü vardır r (alüminyumun ergime sıcakls caklığı 660 C dir). Al 2 O 3 bu özelliklerinden dolayı yüksek sıcakls caklığa a dayanıkl klı refrakter malzeme olarak kullanılır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 20 20

21 MALZEME ÇEŞİTLERİ Seramikler; Silisyumnitrür (Si 3 N 4 ) yeni üretilen seramiklerdendir ve otomobil motorlarının n yüksek y sıcakls caklık k bölgelerinde b kullanılmaya lmaya adaydır. Seramikler, metaller gibi kristalik yapıya sahip olabilirler; fakat kristalik yapıya sahip olmayan pek çok seramik de vardır. r. Kristalik yapıya sahip olmayan seramiklere genellikle cam denilmektedir. Mesela, pencere camı %72 SiO 2 ve geri kalanı Na 2 O ve CaO dir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 21

22 MALZEME ÇEŞİTLERİ Seramikler; Seramiklerin elektrik ve ısı iletkenlikleri azdır; bundan dolayı elektrik izolatörleri seramiklerden yapılır. Seramikler dayanımı yüksek, sert ve kırılgan k malzemedirler, yüksek y sıcaklık k ve korozyonlu ortamlara dayanıkl klılıkları mükemmeldir. Yeni gelişmeler sayesinde, seramikler jet motoru kanatları gibi yüksek y sıcakls caklıkta kta çalışan parçalar aların imalinde kullanılabilmektedirler. labilmektedirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 22

23 MALZEME ÇEŞİTLERİ Kompozit malzemeler; iki veya daha fazla malzemeden meydana gelmişlerdir. lerdir. Beton, çimento ile kumun karışı ışımı ile meydana gelen kompozit bir malzemedir. Polyester ile camyünü beraber kullanılarak larak kompozit bir malzeme yapılabilir. Kompozit malzemeler, hafif, dayanıkl klı, sünek ve yüksek y sıcaklığa a dayanıkl klılık k gibi özelliklere sahip olarak üretilebilirler. Karbon fiber takviyeli polimerler gibi kompozit malzemeler uzay araçlar ları ve uçak u sanayinde yaygın n olarak kullanılmaktad lmaktadırlar. Ağaç,, tabiatta bulunan kompozit malzemelere iyi bir örnektir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 23 23

24 MALZEME ÇEŞİTLERİ Yarı iletkenler; Miktar olarak az kullanılan lan malzemeler olmakla beraber elektronik teknolojisinde kullanılmalar lmalarından dolayı büyük k bir öneme sahiptirler. Yarı iletkenler ne iyi bir iletken, ne de iyi bir yalıtkand tkandırlar. Si, Ge ve Sn yarı iletken elementler olarak bilinir ve periyodik çizelgede metaller ile ametallerin geçiş sınırındaki ndaki elementlerdir. Si ve Ge element olarak geniş bir şekilde kullanılan lan yarı iletkenlerdir. Bileşik ik olarak yarı iletkenler; laser malzemesi olarak kullanılan lan GaAs,, güneg neş pillerinde kullanılan lan GdS,, renkli televizyon ekranlarında nda kullanılan lan ZnO sayılabilir. 24 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 24

25 MALZEME ÇEŞİTLERİ Biyomalzemeler; hasar görmg rmüş vücut parçalar alarının n yerine kullanılan lan malzemelerdir. Bu malzemeler zehirli olmamalı ve vücut v ile uyum sağlamal lamalıdırlar. Daha önce sayılan malzemelerin uygun özellikte olanları biyomalzeme olabilirler. Paslanmaz çelik ve titanyum alaşı şımları protezler için i in kullanılan lan önemli biyomalzemelerdir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 25

26 Metaller Bakır Gri dökme demir Alaşımlı çelik Seramikler SiO 2 -Na 2 O-CaO Al 2 O 3,MgO, SiO 2 Polimerler Polietilen Epoxy Fenoller Yarı iletkenler Si GaAs Kompozitler Grafit-epoxy Titanyum kaplı çelik Çeşitli Malzemelerin Kullanıld ldıkları Yerler ve Özellikleri Tungsten karbür-kobalt Kullanım yerine örnek Elektrik iletim teli Otomobil motor bloğu Cıvata anahtarı Pencere camı Ergimiş metal taşımak için refrakter Gıda paketi Entegre devreleri kapsülleme Ağaç levhalarını yapıştırıcı Transistör ve entegre devreler Fiber-optik sistemler Uçak parçaları Kesici takım Reaktör kabı Özellikleri Yüksek elektrik iletkenliği ve iyi plastik şekillendirilebilme İyi dökülebilirlik, iyi işlenebilirlik ve iyi titreşim absorbe etme Isıl işlemelerle daha iyi dayanım İyi ışık geçirgenliği, düşük ısı iletkenliği İyi ısı yalıtımı, yüksek ergime sıcaklığı, ergimiş metalin etkilerine dayanıklılık Kolayca şekillenebilme ve hava geçirmez ince levha İyi elektrik yalıtkanlığı ve neme dayanıklılık Sağlamlık ve neme dayanıklılık Benzersiz elektriksel davranış Elektrik sinyalini ışığa çevirme Yüksek dayanım/hafiflik oranı Yüksek sertlik ve yeterli şoka dayanıklılık Titanyumun yüksek korozyona dayanıklılığı yüksek mukavemet ve düşük maliyet ile

27 KATI CİSİMLERC MLERİN İÇ YAPISI

28 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Atom elektronlar, protonlar ve nötronlardan n oluşur. ur. Yük Ağırlık Elektron - 1, C 9, kg Proton + 1, C 1, kg Nötron Yüksüz 1, kg PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 28

29 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Atom numarası: atomdaki protonların n toplam sayısı Kütle numarası: atomdaki proton ve nötronlarn tronların toplam sayısı Denge durumundaki bir atomda elektronların n (-)( sayısı protonların n (+) sayısına eşittir. e Bir atom gramda; örneğin 55,85 gram demirde 6, (Avagadro sayısı ) kadar atom vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 29

30 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Atom numarasına na bağlı olarak atom çekirdeğinin inin yarıçap apı mm aralığı ığında, atom yarıçap apı ise yaklaşı şık k 10-7 mm civarındad ndadır. Hidrojenin atom yarıçap apı 0, mm, toryumun atom yarıçap apı 1, mm dir PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 30 30

31 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Elementler, Kabaca; metaller, ametaller ve yarı metaller olmak üzere üçe e ayrılabilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 31

32 İZOTOP ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Aynı atomun protonları sabit kalmakla beraber nötronları değişik ik olabilir ki bunlara izotop denilir. Örneğin; 26 Atom numarasına na sahip demirin izotopları: 54Fe (26 p, 28 n) 55Fe (26 p, 29 n) 56Fe (26 p, 30 n) 57Fe (26 p, 31 n) 58Fe (26 p, 32 n) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 32 32

33 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI İZOTOP HİDROJENİN İZOTOPLARI Hidrojen Protium 1 p + 0 n Ağır r Hidrojen Deuterium 1 p + 1 n Radyoaktif Hidrojen Tritium 1 p + 2 n PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 33 33

34 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI İZOTOP Elementlerin kimyasal özelliklerini o elementin elektron ve proton sayısı belirler. Bir elementin tüm t m izotoplarında kimyasal özellikleri aynıdır. İzotoplarda yalnızca fark nötron n sayısıdır. İzotoplarda bazı fiziksel özellikler birbirinden farklı olabilir. Örneğin bazı izotoplar radyoaktif olmalarına karşı şın n diğerleri değildir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 34 34

35 İZOBAR ELEMENTLER VE ATOM YAPISI Atom numaraları birbirlerine yakın elementlerin bazı izotopların n kütle k sayılar ları birbirlerine eşit e olabilir. Proton adedi farklı,, kütle k sayılar ları farklı atomlara izobar denir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 35

36 ELEMENTLER VE ATOM YAPISI ATOM MODELLERİ Lewis-Langmuir Langmuir Bohr dalga mekaniği Başlang langıçta küp k şeklinde ve elektronların n hareket etmediği i tahmin edilen model çekirdek etrafında güneş sistemine benzer belirli yörüngelerde dönen d elektronlar son olarak elektronların dalga hareketi yaptığı ve belirli bir bölgede b bulunması ihtimali olduğu u yörüngelery 36 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 36

37 ATOMLAR ARASI BAĞLAR

38 ATOMLAR ARASI BAĞLAR Atomların n son yörüngelerinde y en çok sekiz elektron bulunabilir (tek yörüngeli y atomlarda iki elektron). Tüm m atomlar son yörüngelerindeki y elektronları 8 yaparak soy gazlar gibi kararlı hale geçme eğilimindedirler. e PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 38

39 ATOMLAR ARASI BAĞLAR İyonlaşma Enerjisi: Katyon oluşumunda umunda elektronu uzaklaştırma için i in gerekli enerji Elektron uzaklaştırma + yükly klü katyon Na 0 11 p + 11 e - Na + 11 p + 10 e - PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 39

40 ATOMLAR ARASI BAĞLAR Elektron İlgisi: Anyon oluşumunda umunda elektron ekleme için i in gerekli enerji Elektron alır (-)) yükly klü anyon Cl 0 17 p + 17 e - Cl - 17 p + 18 e - PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 40

41 ATOMLAR ARASI BAĞLAR İyonlaşma Enerjisi: Katyon oluşumunda umunda elektronu uzaklaştırma için i in gerekli enerji Elektron İlgisi: Anyon oluşumunda umunda elektron ekleme için i in gerekli enerji İSTENEN Elektron alma ve verme özelliğini ini belirleyecek basit bir ifade Elektronegatiflik: Atomun kimyasal bir bağda elektronu kendisine çekme eğilimie PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 41

42 ATOMLAR ARASI BAĞLAR BAĞ ÇEŞİTLERİ 1. İyonik Bağ 2. Kovalent Bağ 3. Metalik Bağ 4. Van Der Waals Bağı PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 42

43 ATOMLAR ARASI BAĞLAR Atomların n son yörüngelerinde y en çok sekiz elektron bulunabilir (tek yörüngeli y atomlarda iki elektron). İyonik bağ metaller ile ametaller arasında oluşur. ur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 43

44 ATOMLAR ARASI BAĞLAR İYONİK K BAĞ Son yörüngedeki y eksiklikler elektron alış ışverişi i ile sekize tamamlanır. Elektron kaybeder Na + Cl - Na (0) yüksüz Na + (+) Katyon Cl (0) yüksüz Elektron alır Cl - (-) Anyon + - PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 44 44

45 ATOMLAR ARASI BAĞLAR İYONİK K BAĞ İyonik bağ metaller ile ametaller arasında oluşur. ur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 45

46 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Elektronlar çekirdek etrafında döndd ndükleri gibi kendi eksenleri etrafında da dönerler. d Bu dönme d hareketi neticesinde elektromagnetik kuvvetler oluşur. ur PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 46

47 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Ametaller ile Ametaller arasında olur. Valans elektronlarının n ortak kullanımı söz z konusudur. Paylaşı şılan elektron ile pozitif çekirdek arasında çekim kuvveti oluşur. ur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 47

48 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Bu bağ genellikle gazlarda meydana gelir (H 2, NH 3, O 2, CH 4 ). PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 48

49 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Buzda her su molekülü diğer 4 molekül l tarafından sarılarak tetrahedron şeklinde bağlanm lanmıştır. Üç boyutta da hidrojen bağlar ları mevcuttur. Buz 0 o C de eriyince hidrojen bağlar larının n kabaca %15 i i kırılır. k r. Sonuç olarak tetrahedral yapı bozulur, her su molekülü komşu u 4 molekülden lden daha fazla moleküle bağlan lanır. Böylece yoğunluk den 1 e 1 çıkar. kar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 49 49

50 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Katılardaki en güzel g örneği i ise kübik k yapıdaki elmastır. Silisyum, Germanyum, Karbon gibi elementler dört d kovalent bağ ile tetrahedron bağ oluştururlar. Bu tetrahedron gruplar birleşerek erek elmas kübik k yapı meydana getirirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 50

51 ATOMLAR ARASI BAĞLAR KOVALENT BAĞ Katılardaki en güzel g örneği i ise kübik k yapıdaki elmastır. Silisyum, Germanyum, Karbon gibi elementler dört d kovalent bağ ile tetrahedron bağ oluştururlar. Bu tetrahedron gruplar birleşerek erek elmas kübik k yapı meydana getirirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 51

52 ATOMLAR ARASI BAĞLAR METALİK K BAĞ Metaller son yörüngelerindeki y valans elektronlarını serbest bırakarak iyon haline gelirler. Serbest kalan elektronların metal çekirdeği i ile bağlar ları çok zayıft ftır r ve hiçbir atoma bağlı kalmadan metal çekirdekleri etrafında serbestçe e dolaşı şırlar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 52

53 ATOMLAR ARASI BAĞLAR METALİK K BAĞ Metal atomları biri birine yaklaştığı ığında son yörüngelerindeki enerji bantları biri birinin içine i ine girer ve serbest elektronlar bu bantlarda hareket edebilirler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 53

54 ATOMLAR ARASI BAĞLAR METALİK K BAĞ Metallerin valans elektronlarını serbest bırakmalarb rakmaları özelliği, i, iyi elektrik iletimi sağlamalar lamalarına sebep olur. Bu bantlar içinde i inde hareket eden negatif yükly klü elektronlar ile pozitif yükly klü çekirdek arasındaki çekim metalik bağı oluşturur PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 54

55 ATOMLAR ARASI BAĞLAR METALİK K BAĞ Metal atomları arasındaki bağ belirli atomlar ve elektronlara bağlı olmadığı için, in, atomların n biri birine göre hareket etmesi ile bu bağ kopmaz. Bu özellik metallerin şekillendirilebilmelerini sağlar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 55

56 ATOMLAR ARASI BAĞLAR VAN DER WAALS BAĞLARI Bu bağlar, elektron alış verişini ini tamamlamış moleküller ller veya son yörüngesindeki elektron sayısı sekiz olan inert gaz atomları arasında oluşan zayıf f bağlard lardır r ve üç şekilde olabilir: 1. Molekül l Kutuplaşmas ması 2. Ani Kutuplaşma 3. Hidrojen KöprK prüsü PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 56

57 ATOMLAR ARASI BAĞLAR VAN DER WAALS BAĞLARI MOLEKÜL L KUTUPLAŞMASI Kovalent bağ ile kurulmuş bir molekülde, lde, mesela hidrojen florür molekülünde paylaşı şılan elektronların çoğu florür atomu etrafında olacağı ğından, molekül içinde inde bir elektrik yüküy dengesizliği vardır. r. Molekülün n hidrojen tarafı pozitif florür tarafı negatif olur ve bu iki yük y k farkı moleküller ller arası + + Florür çekim kuvvetini oluşturur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 57 H H - H H Dipol + oluşumu umu Florür - +

58 ATOMLAR ARASI BAĞLAR VAN DER WAALS BAĞLARI ANİ KUTUPLAŞMA Bütün n simetrik moleküller ller ve inert gaz atomlarında, elektronların hareketi sonucu ani kutuplaşmalar, bunun neticesinde de çekim kuvveti meydana gelir. HİDROJEN KÖPRK PRÜSÜ Molekül l kutuplaşmas masının özel bir halidir. Su molekülünde hidrojenin çekirdeği i ile oksijenin elektronu arasında bir çekim kuvveti oluşur. ur. Suyun yüksek y kaynama sıcakls caklığı ve yüksek y buharlaşma ısısına sahip olmasının n sebebi de budur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 58

59 ATOMLAR ARASI MESAFE itme + + çekme + - itme itme - - itme PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 59

60 ATOMLAR ARASI MESAFE Metal atomları arasında oluşan itme ve çekme kuvvetlerinin kuvvetin Kuvvet Çekme Net kuvvet dengelendiği i durumdaki atomlar arasındaki uzaklığ ığa a atomlar arası İtme Atomlar arası mesafe mesafe denilir. Bu konumda içi enerji en r R a = R + r azdır; yani atomlar en a kararlı durumdadırlar. rlar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 60

61 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı Atomlar 3 boyutta belirli bir düzendedir. d Tüm T m malzeme boyunca süreklilis rekliliğini ini korur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 61

62 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı 2. Amorf Yapı Atomların n dizilişinde inde bir düzensizlik d vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 62

63 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı 2. Amorf Yapı 3. Bileşik ik Yapı Çok küçük üçük k kristal parçalar alarının n gelişig igüzel bir yığıy ığını vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 63

64 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı 2. Amorf Yapı 3. Bileşik ik Yapı 4. Kolloidal Yapı Çok küçük üçük k elemanlar halinde bazı cisimler, birbirlerinden ayrı olarak, ayrı faz veya aynı faz halinde bulunan başka bir cisim içinde i inde dağı ğılmıştır. Örneğin, dumanın n içinde i inde oldukça a küçük üçük çaplı yanmamış kömür r zerreciklerinin bulunması veya bir sıvının s n diğer bir sıvı içinde inde yayılmas lması bu tip yapılard lardır. r. Yol malzemelerinden bitüml mlü emülsiyonlar bu yapıdad dadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 64

65 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı 2. Amorf Yapı 3. Bileşik ik Yapı 4. Kolloidal Yapı 5. Seramik Yapı Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli steokimetrik oranlarda birleşmesiyle oluşurlar. urlar. Seramiklerde metal olmayan atom çoğunlukla oksijendir. Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyon oluşumuna umuna neden olurlar. Böylece B seramiklerde iyonsal bağlar oldukça a yaygınd ndır. Ancak seramiklerde kovalan bağlara, kristal yapıya, ya, hatta amorf yapıya da rastlanır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 65

66 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ 1. Kristal (Metalik) Yapı Atomlar 3 boyutta belirli bir düzendedir. d Tüm T m malzeme boyunca süreklilis rekliliğini ini korur. 2. Amorf Yapı Atomların n dizilişinde inde bir düzensizlik d vardır. r. 3. Bileşik ik Yapı Çok küçük üçük k kristal parçalar alarının n gelişig igüzel bir yığıy ığını vardır. r. 4. Kolloidal Yapı Çok küçük üçük k elemanlar halinde bazı cisimler, birbirlerinden ayrı olarak, ayrı faz veya aynı faz halinde bulunan başka bir cisim içinde i inde dağı ğılmıştır. 5. Seramik Yapı Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli steokimetrik oranlarda birleşmesiyle oluşurlar. urlar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 66 66

67 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Kristal (Metalik) Yapı Amorf Yapı PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 67

68 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Metal atomları üç boyutlu olarak düzenli d bir diziliş meydana getirirler ki buna uzay kafesi denilir. Üç boyutlu olarak tekrarlanan en küçük üçük yapıya birim hücre h (kafes) denilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 68

69 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi uzunlukları Açıları kübik a = b = c α = β = γ = 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 69

70 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi hekzagonal uzunlukları a = b = c Açıları α = β = 90, γ = 120 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 70

71 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi tetragonal uzunlukları Açıları a = b c α = β = γ = 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 71

72 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi rombohedral uzunlukları Açıları a = b = c α = β = γ 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 72

73 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi uzunlukları Açıları ortorombik a b c α = β = γ = 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 73

74 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi monoklinik uzunlukları a b c Açıları α = β = 90, γ 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 74

75 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Kristal sistemi uzunlukları Açıları triklinik a b c α β γ 90 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 75

76 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ KRİSTAL (METALİK) YAPI Yapı Malzemesi olarak kullanılan lan metallerin kristal yapılar ları daha çok kübik k ve hekzagonal sisteme uymaktadır. Hacim Merkezli Kübik (hmk) Yüzey Merkezli Kübik (ymk) Sıkı dizilmiş hekzogonal (sdk) 76 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 76

77 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Hacim Merkezli Kübik K (hmk( hmk) Küpün n tam merkezine bir atom ve köşelere k de birer atom yerleşmi miştir. Küp K p hacminin içinde inde kalan atom hacmi: = 8 2 atom hacmi PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 77

78 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Hacim Merkezli Kübik K (hmk( hmk) Atom yarı çapı ve kristal kafes kenar uzunluğu u arasında; a = 4 3 r bağı ğıntısı vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 78

79 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Yüzey Merkezli Kübik K (ymk( ymk): Küpün n her köşesine k birer atom ve her bir yüzeye de birer atom yerleşmi miştir. Küp K içinde inde kalan atom hacmi: = atom hacmi PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 79

80 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Hacim Merkezli Kübik K (hmk( hmk) Atom yarı çapı ve kristal kafes kenar uzunluğu u arasında; a = 2 2 r bağı ğıntısı vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 80

81 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Sıkı Dizilmiş Hegzagonal (sdh): Atomlar taban düzlemde d altıgenin köşelerine ve bir tane de altıgenin tam ortasına yerleşmi miştir. İki taban düzlemi arasında taban düzlemindeki d üç atoma teğet et olacak şekilde üç tane atom yerleşmi miştir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 81

82 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Sıkı Dizilmiş Hegzagonal (sdh): Birim kafesteki atom hacmi: = atom hacmi Kristal kenar uzunlukları ve atom yarıçaplar apları arasında; a=2r ve c=3,266r bağı ğıntıları vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 82

83 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 83

84 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Tipik bir metal kristali birim hücresinin h düzgün n bir blok şeklinde düzenlenmesinden oluşabilir. Kusursuz bir kristal yapının n herhangi iki hücresinin h karşı şılıklı yüzleri her iki hücre h için i in de ortak olur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 84

85 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Metalik malzemelerin çoğu küçük k kristal kümeciklerinden oluştu tuğundan undan polikristal adını alırlar. Bu kristal kümeciklerinin kristal yapısı da kendi içinde i inde düzenlidir. d Kristal kümeciklerinin k ayrımını,, bunların n birim hücrelerinin değişik ik yönlerde dizilişinden inden anlayabiliriz. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 85

86 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ Birleşen en kristal kümecikleri k arasında tane sınırıs adı verilen atomik bir boşluk vardır. r. Bu bölgede b belirli bir düzensizlik görülür. g r. İnce yapılı bir metalik cismin kristal kümecikleri k daha küçük k yapılıdır. Bu nedenle kaba tane yapılı kristale kıyasla daha çok tane sınırıs bulunmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 86

87 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ ALLOTROPİK K DEĞİŞİ ĞİŞİM Isı ve basınc ncın n etkisiyle bazı cisimlerin kristal yapılar larında değişimler imler olabilir. Örneğin, demirin C C de hacim merkezli kübik k kristal yapısı var iken, 910 C C C arasında kristal yapısı yüzey merkezli kübik k olur. Bu tip kristal yapı değişimine imine allotropik değişim im denir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 87 87

88 ATOMSAL YAPI TÜRLERT RLERİ ANİZOTROP ZOTROPİ Tekil kristal kümeciklerinin k (monokristal( monokristal) özellikleri kristal eksenlerine göre g farklılıklar klar gösterir. g Monokristallerin yönlere göre g farklı davranış göstermesi nedeniyle; mekanik, fiziksel, kimyasal özellikleri, dışd etkilerin, uygulama doğrultusuna bağlı olarak, farklı değerler erler alabilir. Özelliklerin yönlere y göre g farklılık k göstermesine g anizotropi denir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 88