KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR
KRİSTAL YAPILAR Mühendislik açısından önemli olan katı malzemelerin fiziksel özelikleri; katı malzemeleri meydana getiren atom, iyon veya moleküllerin dizilişine ve de aralarındaki bağ kuvvetine bağlıdır. Mühendislik malzemeleri kristal veya kristal olmayan (amorf) yapıda bulunurlar.
KATILARIN ATOMIK DÜZENI Kristal ve Kristal Sistemleri Denge konumunda bulunan atomlar 3 boyutlu belirli bir düzene göre dizilmislerse, merkezlerinin birlesmesi ile ortaya çikan görünüme kristal kafesi denir. Bütün metaller, önemli sayida seramikler ve bazi polimerler kristal yapiya sahiptir. Kristal kafesi, yanyana gelerek kendisini olusturan ve birim hücre olarak adlandirilan basit geometrik cisimler yardimiyla tanimlanabilir. Birim hücre, bir eksen takiminda (x, y, z eksenleri), eksenler üzerindeki a, b, c atom uzakliklari (kafes parametresi) ve eksenler arasindaki,, açilari ile belirlenir. Atomlarin merkezinden geçen herhangi bir kafes kesiti, kafes düzlemi olarak adlandirilir.
KATILARIN ATOMIK DÜZENI Kristal ve Kristal Sistemleri a) Kristal Kafes b) Birim Hücre Birim hücre, bir eksen takiminda (x, y, z eksenleri), eksenler üzerindeki a, b, c atom uzakliklari (kafes parametresi) ve eksenler arasindaki,, açilari ile belirlenir.
KATILARIN ATOMİK DÜZENİ Kristal ve Kristal Sistemleri (devamı) Birim hücrenin biçimine göre 7 temel sistem ve 14 farkli birim hücre vardir. Bunlardan kübik, tetragonal, hekzagonal sistemler metaller için önemlidir (Sekil 3.1). Atomlarin yerlesimi bakimindan 4 temel tip birim hücre vardir ; Basit Yüzey Merkezli Hacim Merkezli Taban Merkezli Metallerde en çok rastlanan kafes türleri (Sekil 3.2) ; Yüzey Merkez Kübik (YMK) Hacim Merkez Kübik (HMK) Siki Paket Hekzagonal (SPH) / Siki Düzen Hekzagonal (SDH)
Temel Kafes Tipleri
Metaller açisindan önemli olan 3 temel kafes tipinin üç boyutlu görünüsü HMK=Hacim Merkezli Kübik, YMK= Yüzey Merkezli Kübik ve SDH= Siki Düzen Hekzagonal
Birim Hücre Konfigürasyonları 1. Basit kübik: Hücrenin her köşesinde birer atom 2. Taban Merkezli kübik: Her köşede bir de iki paralel yüzey merkezinde. 3. Hacim Merkezli Kübik: Her köşeye ek olarak hücre merkezinde de bir atom. 4. Yüzey Merkezli Kübik: Her köşede ve de her yüzün merkezinde.
KRİSTAL SİSTEMLER Hücre geometrisi ve de atom dizilişine bağlı
Birim hücrede bulunan atom sayisinin hesaplanması
BASIT KÜBIK BIRIM HÜCRE :
YÜZEY MERKEZ KÜBIK BIRIM HÜCRE :
HACIM MERKEZ KÜBIK BIRIM HÜCRE :
ÖRNEKLER :
ÖRNEKLER :
SIKI DÜZEN HEKZAGONAL YAPI :
Atom yarıçapı ile kafes parametresi arasındaki bağıntı (YMK) :
Atom yarıçapı ile kafes parametresi arasındaki bağıntı (HMK) :
KATILARIN ATOMİK DÜZENİ Atomik Dolgu Faktörü (ADF) Bir kristal yapida atomlarin dizilisi sikligini ifade eder. Atomlarin içleri dolu birer küre olduklari varsayilir. Atomik dolgu faktörü, birim hücredeki atomlarin toplam hacminin (Vs), toplam birim hücre hacmina (Vc) oranidir ;
Basit kübik birim hücre için ADF = 0.52
YMK birim hücre için ADF = 0.74
HMK birim hücre için ADF = 0.68
Yoğunluk Hesaplamaları : na V c N A Burada ; ρ = teorik yogunluk (g/cm 3 ) n = birim hücredeki atom sayisi (atom/birim hücre) A = atom kütlesi veya kütle numarasi (g/mol) Vc= birim hücrenin hacmi (cm 3 /birim hücre) NA = Avogadro sayisi = 6.023 x 10 23 atom/mol
Yoğunluk Hesaplamaları : Örnek : Atomik yariçapi 0.128 nm olan ve YMK kristal yapiya sahip bakirin atom kütlesi 63.5 g/mol dur. Bakirin teorik yogunlugunu hesaplayiniz ve deneysel yogunlugu olan 8.94 g/cm 3 ile karsilastiriniz.
KRİSTAL YAPILAR BİRİM KAFES ÇEŞİTLERİ Malzeme içindeki atomlar 3 şekilde bulunur a) Kristal yapı atomların dizilişi düzenli b) Amorf yapı - atomların dizilişi düzensiz c) Cam yapı - bir atom komşusu ile düzenli komşu olmayanla dizilişi düzensiz.
KATILAR Katı malzemeler; atom veya iyonların birbirlerine göre nasıl dizildiklerine (diziliş düzenlerine) bağlı olarak sınıflandırılırlar. Kristal yapı Amorf yapı Kristal yapılı katılarda; atomlar birbirini tekrarlayan düzenli bir yapı içerisindedirler. Amorf yapılarda düzenli bir diziliş yoktur.
KATILARIN ATOMİK DÜZENİ Allotropi veya Polimorfi