MADDELER N YAPISI MADDELER N YAPISI 1. Kat ; maddenin belirli bir flekle ve hacme sahip en düzenli halidir. Kat lar d fl kuvvetlerden etkilendiklerinde hacim ve biçimlerini büyük oranda korurlarken s v lar yaln z hacimlerini, gazlar ise ne hacimlerini ne de flekillerini korurlar. Kat lar belli hacim ve biçime sahiptir. Madde s v ya da gaz halden kat hale dönüflürken maddeyi oluflturan atomlar düzenli bir üç boyutlu yap ya geçer ve bunun sonucunda atomlar n si azal r. 2. Kat lar n çeflitli özellikleri vard r: H Esneklik özelli i H Elektrik özelli i (dielektrik, yar iletken, süperiletken) H Magnetik özelli i (diamagnetizma, paramagnetizma, ferromagnetizma) H Termodinamik özelli i (Is iletimi, genleflme, erime, donma, faz geçiflleri, ses iletimi, yo unluk) H Optik özellikleri (saydam, yar saydam, saydam olmayan) 3. S v kristallerin özellikleri: H Ifl polarize edebilirler. H Polarize edilmifl fl geçirebilirler. H Molekül dizilimleri elektrik ak m ile de ifltirilebilir. 5. H Moleküler Kat lar H Kovalent Kat lar H Polimerler H yonik Kat lar H Metallik Kat lar ALIfiTIRMALARIN ÇÖZÜMÜ 6. S v kristaller hem do ada hem de teknolojik uygulamalarda mevcuttur. Ço u modern elektronik göstergeler s v kristallidir. Örne in LC ekranl televizyonlarda ad ndan da anlafl ld gibi s v kristaller kullan l r. S v kristaller canl sistemlerde çok yayg nd r. Örne in hücre zar ve baz proteinler s v kristaldir. Di er iyi bilinen s v kristal örnekleri sabun, deterjan köpükleri ve tütün mozaik virüsüdür. 7. Atomlar ve moleküller belirli bir örgü oluflturacak biçimde dizilmifltir. Kristaller katmanlar halinde atomlardan meydana gelmifl düzgün kat lard r. Ayn zamanda kristal yap içindeki ba ms z atomlar en yak n komflular ile koordine halindedirler. E er bu katmanlar üzerine fl k gönderilirse, her katmandan bir yans ma olacakt r. Yans yan fl n ald yol, yans t lan katman n s ras na ba l olarak de iflkenlik gösterir. Uygun ortam koflullar nda al - nan yol miktarlar aras ndaki fark, yar m dalga boyu kadar olacakt r. Bunun için dalga boyu Å olan fl k kullan lmad r ki bu da X- fl n d r. 4. Amorf yap daki kat larda atomlar ve moleküller belirli bir örgü oluflturacak biçimde dizilmifltir. Bu tür kat lar aras nda çeflitli cam türleri, lastikler ve jeller say labilir. 8. Son yörüngelerinde () 4 elektron bulunduran maddelere yar iletken denir. Yar iletkenlerin direnci iletkenlerin direncinden yüksek, yal tkanlar n direncinden düflüktür. Yani iletkenlik bak - m ndan iletken ve yal tkanlar aras nda yer al rlar. MODERN F Z K 213
9. iletken yar iletken yal tkan 10. Nanoteknoloji; fizik malzeme bilimi kimya biyoloji elektronik gibi alanlarda kullan l r. 11. Ba çeflitleri: a) yonik ba : (+) yüklü iyonlar ile ( ) yüklü iyonlar aras nda kurulan ba d r. b) Kovalent ba : Ayn ya da farkl tür atomlar n bir veya iki elektronunu paylaflmalar ile oluflur. c) Metalik ba : Metal atomlar aras nda kurulur. Metal atomlar n n serbest elektronlar n paylaflmas esas na dayan r. 214 MODERN F Z K
MADDELER N YAPISI ETK NL KLER N ÇÖZÜMÜ ETK NL K - 1 1) Kat lar; atom ya da atom guruplar n n düzenli olup olmamas na göre iki gruba ayr labilir. 2) Kat lar n termodinamik özelli ine örnek olarak s iletimi, genleflme, erime, donma verilebilir. 3) Kat ; maddenin belirli bir flekle ve hacme sahip en düzenli halidir. 4) Maddeye s si verilirse titreflim genli i artar. 5) Bir atomun iletkenli in d fl yörüngesindeki elektronlar sa lar. 6) Yal tkanlar elektri i iletmezler. 7) letkenlik band nda elektron bulundurmayan maddeler yal tkand r. 8) Elektronik elemanlarda en yayg n olarak kullan lan yar iletkenler germanyum ve silisyum elementleridir. 9) Süperiletkenlik sadece kritik s cakl k, kritik ak m ve kritik manyetik alanda mevcut olur. 10) Nanoteknolojide atom ve moleküller tek tek ifllenip hassas flekilde birlefltirilip istenilen ürün elde edilebilmektedir. ETK NL K - 2 1) S v kristal: S v kristaller, s v lar n ve kat kristallerin özellikleri aras nda özelliklere sahip olan kimyasal maddelerdir. 2) Metalik Kat lar: Metaller, kristal yap ve metal ba denen ba larla ba lanm fllard r. Metallik ba da, atomun de erlik elektronlar n n bofl bulunan orbitallerde gezinmesine izin verilir. Bu da metallik kat lara çok iyi s ve elektrik iletkenli i sa lar. 3) Amorf yap l kat lar: Amorf yap daki kat larda atomlar ve moleküller belirli bir örgü oluflturacak biçimde dizilmemifltir. Bu tür kat lar aras nda çeflitli cam türleri, lastikler ve jeller say labilir. 4) S v : S v maddenin belirli bir hacmi vard r ancak belirli bir flekli yoktur. S v y oluflturan tanecikler aras nda az da olsa boflluk bulunur. 5) Süperiletken madde: Baz element ve alafl mlar; belirli bir s cakl k (kritik s cakl k) alt na so utulduklar nda ak m dirençle karfl laflmadan geçirerek elektriksel iletkenlikleri sonsuza ulaflt r rlar. Bu tür maddelere süperiletken denir. ETK NL K - 3 1. (Y) letkenlerin direnci s f rd r. 2. (D) Maddenin belirli bir flekle ve hacme sahip oldu- u en düzenli hali kat haldir. 3. (Y) Gazlar hacimlerini ve flekillerini korurlar. 4. (D) Bütün maddeler atom ve moleküllerden oluflur. 5. (Y) Maddeyi oluflturan atomlar bir arada tutan ba- n türü ile atomlar n yap sal dizilifl biçimi ayn d r. 6. (D) Kat lar n manyetik özelli i vard r. 7. (Y) Tüm kat larda atomlar ve moleküller belirli bir örgü oluflturacak biçimde dizilmifltir. 8. (D) Polimerler amorf yap l maddelerdir. 9. (D) S v kristaller ilk kez 1888 y l nda Avusturyal bitki bilimci Fredreich Rheinizer taraf ndan keflfedildi. 10. (D) S v kristaller polarize edilmifl fl geçirebilirler. ETK NL K - 4 letkenlik band Yasak bant Valans band yal tkan MODERN F Z K 215
MADDELER N YAPISI 1. Santrallerden flehirlere verimli iletimi, manyetik rezonans görüntüleme, parçac k h zland r c - lar, güç transformatörleri süperiletkenli in teknolojik uygulamalar ndan baz lar d r. Fakat LC televizyonlar s v kristallerle ilgilidir. CEVAP D 2. Esneklik özelli i, elektrik özelli i, magnetik özelli i, optik özelli i kat lar n özelliklerindendir. Ak flkanl k s v lar n ve gazlar n özelli idir. 3. Diamanyetizma, paramanyetizma ve ferromanyetizma kat lar n manyetiklik özelli ine birer örnektir. 4. Kat ; maddenin belirli bir flekle ve hacme sahip en düzenli halidir. CEVAP C 5. Kat lar n termodinamik özelli ine; s iletimi, genleflme, erime, donma, faz geçiflleri, ses iletimi ve yo unluk örnek olarak verilebilir. Elektrik iletimi manyetik özelliklerdendir. CEVAP B 6. S v kristallerin özellikleri; 1. Ifl polarize edebilirler. 2. Polarize edilmifl fl geçirebilirler. 3. Molekül dizilimleri elektrik ak m ile de ifltirilebilir. CEVAP C 9. Yar iletkenlerin bant aral klar flekildeki gibidir. Buna göre; Ι. Valans band ΙΙ. Yasak Bant ΙΙΙ. letkenlik Band olmal d r. 10. Yasak bant; elektron bak m ndan bofl bulunan ve ndaki elektronlar n na geçmesini zorlaflt ran bofllu a denir. letkenlik band ; ndan kopan ve ak m tafl yabilecek durumda olan elektronlar n bulundu u bantt r. Maddeler, elektronlar n n bu banda geçmesiyle iletken hale gelirler. 11. Yal tkanlarda aral di er bantlara göre çok büyüktür. Her maddede iletkenlik band vard r. Yal tkanlarda nda elektron bulunur fakat aral çok büyük oldu undan geçip iletken olamazlar. 12. TEST - 1 N ÇÖZÜMÜ III. II. I. 7. letkenlerin nötr olup olmad konusunda kesin bir fley söylenemez. Elektronlar nda bulunur ve atomun en d fl yörüngesinde az say da (1-2-3) elektron vard r. Yörüngeler dolu de ildir. CEVAP B I- Yar iletken II- Yal tkan 8. Gazlar n belirli bir flekli yoktur. Bir gaz n hacmi, bulundu u kab n hacmine eflittir. Gazlar n hacimleri; bas nç ve s cakl klar na ba l olarak de iflir. Her zaman iletken de illerdir. Ancak yüksek bas nç alt nda iletken olabilirler. III- letken Maddelerin bant grafikleri flekildeki gibidir. Buna göre; Ι-Yar iletken, ΙΙ-Yal tkan ve ΙΙΙ- letken maddeye aittir. 216 MODERN F Z K
13. Yar iletkenlerde; silisyum ve germanyum devre eleman üretiminde saf olarak kullan lmaz. Bu maddelere katk kat larak de erlik band seviyesi yukar ya veya seviyesi afla ya çekilir. De erlik band n n yukar çekildi- i yar iletkenlere P tipi yar iletken, n n afla ya çekildi i yar iletkenlere ise N tipi yar iletken denir. P tipi yar iletkende yüklü boflluk deriflimi, N tipi yar iletkende ise elektron deriflimi göreli olarak daha yüksektir. S tipi yar iletken yoktur. CEVAP C 14. Süperiletkenler ak ma karfl s f r direnç gösterirler. Ayr ca yak nlar nda bulunan herhangi bir manyetik alan d fllarlar. Süperiletkenler her s cakl kta bu özelliklerini gösteremezler. CEVAP B 15. Süperiletkenli in gözlenebilmesi için kritik s cakl k, kritik ak m ve kritik manyetik alana ihtiyaç vard r. CEVAP D 16. ABD'de de bulunan Project On Emerging Nanotechnologies adl kurumun internette yay nlad listede Ocak 2009 itibari ile 803 nanoteknolojik ürün bulunmaktad r. Listede sa l k, tekstil, elektronik, otomotiv, g da ürünlerinden örnekler bulunmaktad r. Ayg t fizi i, malzeme bilimi, elektronik, kimya, biyoloji, t p gibi dallardan bilim araflt rmac - lar, nanoteknoloji çal flmalar yapmaktad r. MODERN F Z K 217
1. Kat madde; s k flt r lamayan, sabit hacimli ve belirgin flekillere sahip maddelerin en düzenli halidir. Tahta, buz, demir, kalem, ka t, silgi hepsi birer kat örne idir. 2. Maddeler elektrik iletkenli ine göre, dört guruba ayr labilir: a) letkenler b) Yal tkanlar c) Yar iletkenler d) Süperiletkenler 3. Bir maddenin ak ma karfl direnç göstermemesine süperiletkenlik denir. Süperiletkenlik sadece kritik s cakl k, kritik ak m ve kritik manyetik alanda mevcut olur. 4. Bir atomun en d fl yörüngesinde az say da (1, 2, 3) elektron varsa, bu elektronlar çekirde e ba layan güç zay ft r. letken maddeden yap lm fl bir cismin iki ucuna belli bir gerilim uygulan rsa, yani pil ba lan rsa, elektronlar pilin eksi ( ) ucundan art (+) ucuna do ru gitmeye bafllar. flte bu elektron hareketi "elektrik ak m d r." Gerilim kayna n n art ucu elektronlar yakalarken, eksi ucu maddeye elektron verir. Elektrik ak m bir yük hareketidir. 5. letkenler nötr ve s v olabilir. Ifl polarize ederler diye kesin bir fley söylenemez. Elektronlar iletkenlik band nda bulunur ve atomun en d fl yörüngesinde az say da (1-2-3) elektron vard r. Yörüngeler dolu de ildir. 6. S v kristallerin özellikleri: Ifl polarize edebilirler. Polarize edilmifl fl geçirebilirler. Molekül dizilimleri elektrik ak m ile de ifltirilebilir. 7. 1) Yar iletkenler; s, s cakl k, bas nç gibi fiziksel flartlarda elektri i iletir. 2) Kat lar n termodinamik özelli ine örnek olarak; s iletimi, genleflme, erime, donma verilebilir. 3) S v moleküllerin birbirleri üzerinde hareket etme özelli i vard r. 4) Maddelerin s cakl azald kça titreflim genli i de azal r. 5) Bir maddede iletkenli i elektronlar sa lar. 8. 1. ( D ) Süperiletkenlerin direnci s f rd r. 2. ( Y ) Maddelerin en düzenli hali s v halidir. 3. ( Y ) Maddeler üç halde bulunur. 4. ( D ) Bütün maddelerin çekirde i vard r. 5. ( Y ) Yap s nda nötron olmayan element yoktur. 9. Santrallerden flehirlere verimli iletiminde Güçlü m knat s isteyen uygulamalarda (Manyetik Rezonans, maglev trenleri vs.) Büyük miktarlarda nin manyetik alan olarak depolanmas nda Mikroelektronikte (istenmeyen s n n önlenmesinde) Süper m knat slarda (elektrom knat slar) Magnetic Resonance Imaging (MRI) teknolojisinde Enerji Depolama (Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) teknolojisinde Parçac k h zland r c lar nda Elektrik güç naklinde Magnetik ay rmada Motorlarda Güç transformatörlerinde 10. Gazlar n belirli bir flekli yoktur. Bir gaz n hacmi bulundu u kab n hacmine eflittir. Gazlar n hacimleri; bas nç ve s cakl klar na ba l olarak de iflir. S cakl a ba l olarak moleküllerin hareketleri de iflir. S cakl k artt nda gaz moleküllerinin h zlar da artar. Her zaman iletken de illerdir. Ancak yüksek bas nç alt nda iletken olabilirler. 218 MODERN F Z K