Katılar & Kristal Yapı

Katılar Kristal katılar Amorf katılar Belli bir geometrik şekle sahip olan katılardır, tanecikleri belli bir düzene göre istiflenir. Belli bir geometrik şekli olmayan katılardır, lastik gibi Moleküler Temel yapı taşları moleküllerdir ve moleküller arası çekim kuvvetleri molekülleri bir arada tutar. Network kovalent Atomlar birbirlerine zincirleme kovalent bağlarla bağlanmıştır. Elmas gibi Kristal katılar Tanceikleri NaCl gibi İyonik iyonlardır. Metalik Yapıda serbest elektronlar ve katyonlar vardır. Ag, Fe

KOVALENT KATILAR

İYONİK KATILAR

METALİK KATILAR

Tür Temel Yapıtaşı Tanecik içi kuvvetler Tanecikler arası kuvvetler Genel özellikler Örnek moleküler Apolar moleküller Kovalent bağ Dağılım kuv -Düşük erime kaynama noktası - Oda sıcaklığında sıvı yada gaz halde bulunma - suda çözünmeme - organik çözücülerde çözünme H 2 CCl 4 Polar moleküller Kovalent bağ Dağılım Dipol Hidrojen bağı Apolar moleküllerden biraz daha yüksek erime kaynama noktası ve suda çözünme eğilimi HCl NH 3 Network kovalent atomlar Kovalent bağ - Sert yapı - yüksek erime kaynama noktası - çözücülerde çözünmeme C SiO 2 İyonik iyonlar İyonik bağ Yüksek erime kaynama noktası Ergimiş halde veya çözeltilerinde elektrik iletkenliği Suda çözünebilme NaCl CaCO 3 Metalik Katyonlar ve hareketli iyonlar Metalik bağ Madde den maddeye değişken erime kaynama noktası Katı halde yüksek elektrik iletkenliği Çözücülerde çözünmeme eğilimi Ag Au Na

Kristal Yapı Birim Hücre Koordinasyon sayısı Bir kristalin tüm özelliklerini gösteren en küçük yapıtaşı Bir atomun temas ettiği atom sayısı Kübik Tetragonal Basit birim hücre türleri Orthorhombic Monoclinic Triclinic Rhombohedral Hekzagonal

Kristal Yapı

cubic Hexagonal

KÜBIK SISTEMDE BIRIM HÜCRE TIPLERI Basit kübik İç merkezli kübik Yüzey merkezli kübik

Koordinasyon sayısı 8 12 6 Birim hücre başına atom sayısı 2 4 1

KÜBIK BIRIM HÜCRELERDE ATOMIK YARı ÇAP 2r = s 4r = s 2 4r = s 3

Gümüş metali yüzey merkezli kübük yapıdadır. Birim hücrenin bir kenarının uzunluğu 0,407nm olduğuna göre gümüş atomunun yarıçapını hesaplayınız.

Nikel atomu, kenar uzunluğu 352,4pm olan yüzey merkezli kübik birim hücre yapısında olduğuna göre nikel in yoğunluğunu g/ml cinsinden hesaplayınız.

DOLULUK ORANI

DOLULUK ORANI Birim hücrenin kenarı : a Birim hücrenin hacmi V = a 3 Yoğunluk, Mol ağırlığı (M A ) Birim hücrede tanecik sayısı (n) Avagadro sabiti (N:6,02x10 23 ) V V n MA ρ n MA ρ N a 3 n MA ρ N n a 3 ρ N MA

Örnek : Yüzey merkezli kübik örgüde kristallenen nikel elementinin birim hücresinin bir kenarı 0,352 nm olarak verilmiştir. Yoğunluğu 8,94 g/cm 3 olan nikelin birim hücredeki tanecik sayısını ve molekül ağırlığını hesaplayınız. (1 nm = 10-7 cm ) Çözüm: Yüzey merkezli kübik bir sistemde birim hücredeki tanecik sayısı küpün birbirine benzeyen değişik kısımları ayrı ayrı ele alınarak hesaplanabilir. Üç boyutlu düşünülecek olursa, birim küpün 8 adet köşesinden her birinde 1/8 tanecik bulunmaktadır. Küpün her bir yüzeyinde bulunabilen tanecik sayısı ise 1/2 olmaktadır. n 8 1 8 2 1 2 4 1 2 4

Örnek : Yüzey merkezli kübik örgüde kristallenen nikel elementinin birim hücresinin bir kenarı 0,352 nm olarak verilmiştir. Yoğunluğu 8,94 g/cm 3 olan nikelin birim hücredeki tanecik sayısını ve molekül ağırlığını hesaplayınız. (1 nm = 10-7 cm) Ayrıca birim hücredeki tanecik sayısı n 3 a ρ N MA olduğundan, MA (0,352.10-7 cm) 3 (8,94 g/cm3) 4 (6,02.10 23 ) MA 58,68 g/mol

Örnek : Hacim merkezli kübik sistemde kristalleşen sodyum elementinin birim hücresinin bir kenarı 4,24 A o olarak verilmiştir. Yoğunluğu 1,0 g/cm 3 olarak bilinen sodyumun birim hücresindeki tanecik sayısını ve molekül ağırlığını bulunuz. Çözüm: Birim hücredeki tanecik sayısını şu şekilde bulmak mümkündür. n = köşelerdeki tanecikler + merkezdeki tanecik 1 n 8 1 2 tanecik 8 Molekül ağırlığı ise (5.3) bağıntısıyla bulunur. MA a 3 ρ N n (4,24.10 MA -8 ) (1) (6,02.10 2 23 ) 22,94 g/mol

Örnek Kübik bir sistemde kristalleşen gümüşün birim hücresinin bir kenarı 408 pm olarak verilmiştir. Gümüşün yoğunluğu 10,6 g/cm 3 olduğuna göre birim hücredeki tanecik sayısını hesaplayınız. Gümüşün hangi tür bir kübik sistemde kristallendiğini belirtiniz. (1 pm = 10-10 cm, Ag = 108) Çözüm: n 3 a ρ N MA n (4,08.10 8 ) 3 (10,6) 108 (6,02.10 23 ) 4,0 tanecik Yüzey merkezli kübik birim hücreler dört tanecik (atom) içerdiğinden, gümüş metali bu tür bir sistemde kristallenmektedir.

Kristallerin X-ışını Difraksiyonu X-ışınlarının dalga boyu yaklaşık olarak 10-8 cm dir. açıları ölçülerek o yüzeye paralel düzlemler arasındaki d uzaklıkları hesaplanabilir.

Kristallerin X-ışını Difraksiyonu Bragg denklemi n = 2d Sin, (n = 1, 2, 3,...)

Örnek : Dalga boyu 7,07 A o olan x-ışınları bir kristal yüzeyine gönderildiğinde, birinci mertebeden yansıma açısı 14 o 40 olarak ölçülmüştür. Bu yüzeye paralel düzlemler arasındaki uzunluğu hesaplayınız. Çözüm: n = 2d Sin 1.7,07 = 2d Sin 14 o 40 d = 13,90 A o

Örnek Bir kristalde düzlemler arası uzaklık 4,75 A o olarak verilmiştir. Dalga boyu 2 A o olan bir x-ışını demeti için ikinci mertebeden bir yansıma n = 2d Sin durumunda ışınların kristale gelme açısını hesaplayınız. Aynı açıda birinci mertebeden bir yansımanın olabilmesi için kullanılan x-ışınının dalga boyu ne olmalıdır? Çözüm: Çözüm: Sin θ n λ 2 d n = 2d Sin Sin θ n λ 2 d -8 (2) (2.10 ) Sin θ -8 (2) (4,75.10 ) 0,421-8 (2) (2.10 ) Sin θ -8 (2) (4,75.10 ) = 24,89 o = 2d Sin 0,421 = 24,89 o = 2d Sin = 2. 4,75 = 9,5 A o

Örnek: Monokromatik bir x-ışını kristal sistemine 16 o ve 5 dakikalık bir açı ile giriyor. Birinci mertebeden bir yansıma ve ışının dalga boyu 1,25 A o olduğuna göre, şebeke düzlemleri arasındaki uzaklığı hesaplayınız, Çözüm: n = 2d Sin = 16 o 5 = 16 + 5 / 60 = 16,08 d λ 2 Sin θ 1,25 2.0,277 d = 2,256 A o = 2,256.10-8 cm

23 ) Örnek: Sodyum elementi kübik kristaller halinde katılaşmaktadır. Birim kafesin bir kenarı 430 pm dir. Sodyumun yoğunluğu 0,963 g/cm 3 olarak bilindiğine göre, birim kafes içinde kaç tane sodyum atomunun yer alacağını ve sodyumun ne tip bir kübik kristal oluşturacağını bulunuz. 430 pm = 430x10-12 m= 430x10-10 cm ÇÖZÜM 3 a ρ N n = MA (430x10 (430x10 3 a ρ N n = 2,004 = 2 tanecik MA -10-10 ) ) 3 3 (0,963 g/cm 23 (0,963 g/cm 23 3 3 ) ) (6,02.10 (6,02.10 23 23 ) ) = 2,004 = 2,004

Örnek: Dalga boyu 229 pm olan x-ışınları ile yapılan bir çalışmada baryum kristalinden birinci mertebeden yansıma açısı 27 o 8 olarak bulunmuştur. X-ışınlarının yansıdığı düzlemler arasındaki mesafeyi hesaplayınız. ÇÖZÜM n = 2d Sin 1. 229 pm = 2d Sin 27 o 8 = 27 o 8 = 27 + 8 / 60 = 27,13 1. 229 pm = 2d Sin 27,13 1. 229 pm = 2d (0,456) d 229 2.0,456 251,1 pm

KAYNAKLAR 1- Modern Üniversite Kimyası, C.E. MORTIMER, Çeviri: Prof.Dr. Turhan ALTINATA v.d. Çağlayan Kitabevi, 1989. 2- Temel Üniversite Kimyası, Prof.Dr.Ender ERDİK, Prof.Dr. Yüksek SARIKAYA, Gazi Kitabevi, 2009. 3- Genel Kimya, Prof.Dr. Baki HAZER, Karadeniz Teknik Üniversitesi Yayınları, 3.Baskı, Trabzon, 1995. 4- Temel Kimya, Prof.Dr.Ali Osman AYDIN, Prof. Vahdettin SEVİNÇ, Değişim Yayınları, Sakarya 5- Genel Kimya, Sabri ALPAYDIN, Abdullah ŞİMŞEK, Nobel Yayınları, 2012. 6- Fen ve Mühendislik Bölümleri İçin Kimya, R.CHANG, Çeviri: A.Bahattin SOYDAN ve A.Zehra AROĞUZ, Beta Yayınları, İstanbul, 2000.