KATIHAL FİZİĞİ DERS 2. Tipik Kristal Yapılar Kuasi-kristaller Doluluk Oranı

Benzer belgeler
1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır.

Katılar & Kristal Yapı

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

Katılar. MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2006

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR

BÖLÜM 3. Katı malzemeler yapılarındaki atom ve iyonların birbirlerine göre düzenlerine bağlı olarak sınıflandırılırlar.

MALZEME BİLGİSİ DERS 5 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

bir atomun/iyonun bulunduğu kafes içindeki en yakın komşu atomlarının/iyonlarının sayısıdır.

Seramik malzemelerin kristal yapıları

KRİSTAL YAPISI VE KRİSTAL SİSTEMLERİ

KATILARDA KRİSTAL YAPI. Hekzagonal a b c 90 o, 120. Tetragonal a b c 90 o. Rombohedral (Trigonal) Ortorombik a b c 90 o. Monoklinik a b c 90 o

Kristal Yapılar KONU BAŞLIKLARI... Katılarda atomlar nasıl dizilirler? (mühendislik malzemelerindeki dizilişler)

Malzeme I Katılarda Kristal Yapılar

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

IVA GRUBU ELEMENTLERİ

ATOMLAR ARASI BAĞLAR

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

1.GİRİŞ Metal Şekillendirme İşlemlerindeki Değişkenler, Sınıflandırmalar ve Tanımlamalar

Malzeme Bilimi I Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Kristallografik düzlemler;

Bir kristal malzemede uzun-aralıkta düzen mevcu4ur.

MBM 304 Kristal Kimyası 2. Hafta Dr. Sedat ALKOY 1 Kimyasal Bağlar

1. Düzensiz yapı : Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi. Argon gibi asal gazlarda görülür.

1. Giriş 2. Kristal Yapılar 3. Kristal Kafes Noktaları 4. Kristal Kafes Doğrultuları ve Düzlemler MALZEME BILGISI B3

Gelin bugün bu yazıda ilkokul sıralarından beri bize öğretilen bilgilerden yeni bir şey keşfedelim, ya da ne demek istediğini daha iyi anlayalım.

KRİSTAL KUSURLARI BÖLÜM 3. Bağlar + Kristal yapısı + Kusurlar. Özellikler. Kusurlar malzeme özelliğini önemli ölçüde etkiler.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Kristallerdeki yüzeyler, simetri ve simetri elemanları 2 boyutta nasıl gösterilir?

şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ

Metalurji Mühendisliğine Giriş

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

MMM291 MALZEME BİLİMİ

FİZ 427 KRİSTAL FİZİĞİ

KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar

Bölüm 3: Kristal Yapılı Katılar

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

BileĢiklerin formülleri atom sayıları oranını yansıtan en basit formüldür.

ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

MBM 304. Doç.. Dr. Sedat ALKOY

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Demir-Karbon Denge Diyagramı

X-Işınları. 5. Ders: X-ışını kırınımı. Numan Akdoğan.

Element atomlarının atom ve kütle numaraları element sembolleri üzerinde gösterilebilir. Element atom numarası sembolün sol alt köşesine yazılır.

Atomlar ve Moleküller

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

Bazı atomlarda proton sayısı aynı olduğu halde nötron sayısı değişiktir. Bunlara izotop denir. Şekil II.1. Bir atomun parçaları

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar

İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi MAL 201 Malzeme Bilimi Ders Notları. Difüzyon (Yayınım)

BAHAR YARIYILI I. ve II. ÖĞRETİM DÖNEMSONU SINAV SORULARI, Numarası: Adı Soyadı: İmza: Notu:

GENEL KİMYA 101 ÖDEV 3

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Örnek : 3- Bileşiklerin Özellikleri :

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Tamila ANUTGAN 1

Fizik II Elektrik ve Manyetizma Akım, Direnç ve Elektromotor Kuvvet

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

ATOMSAL YAPILAR. Düzensiz yapı(amorph-orderless): Atom veya moleküllerin rastgele dizilmesi.

maddelere saf maddeler denir

Demir-Karbon Denge Diyagramı

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I

İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

1. ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ

Bölüm 4: Katılarda Kusurlar

Yrd. Doç. Dr. H. Hasan YOLCU. hasanyolcu.wordpress.com

ATOMLAR ARASI BAĞLAR Doç. Dr. Ramazan YILMAZ

KRİSTAL YAPILARI VE KRİSTAL GEOMETRİLERİ

Günümüzde bilinen 117 element olmasına rağmen (92 tanesi doğada bulunur) bu elementler farklı sayıda ve şekilde birleşerek ve etkileşerek farklı

NTSE - Nano Technology Science Education Project No: LLP TR-KA3-KA3MP ÖĞRETMEN KILAVUZU BUCKYBALL

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır.

12. Ders Yarıiletkenlerin Elektronik Özellikleri

MALZEMENİN İÇ YAPISI: Katılarda Atomsal Bağ

Elektromanyetik Işıma Electromagnetic Radiation (EMR)

BİLEŞİKLER VE FORMÜLLERİ

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

Bölüm 12: Seramiklerin Yapıları ve Özellikleri

1. Sınıf I. YARIYIL Dersin Kodu Dersin Adı Kredisi AKTS. 1. Sınıf II. Yarıyıl Dersin Kodu Dersin Adı Kredisi AKTS

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

Fe-C Faz Diyagramı. Dökümhane Eğitim Projesi Dokumhane.net 2016

KATILARIN ATOMIK DÜZENI Kristal Düzlemleri, Dogrulari ve Yönleri

MMM291 MALZEME BİLİMİ

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

İstatistiksel Mekanik I

MBM 304 Kristal Kimyası 10. Hafta Dr. Sedat ALKOY

Enerji Band Diyagramları

Elektronların Dizilişi ve Kimyasal Özellikleri

Atom. Atom elektronlu Na. 29 elektronlu Cu

Hareket halindeki elektrik yüklerinin oluşturduğu bir sistem düşünelim. Belirli bir bölgede net bir yük akışı olduğunda, akımın mevcut olduğu

MIT Açık Ders Malzemeleri Petroloji

Transkript:

KATIHAL FİZİĞİ DERS 2 Tipik Kristal Yapılar Kuasi-kristaller Doluluk Oranı

Tipik Kristal Yapılar Yüzey Merkezli Kübik Kristal Yapı (Face centered Cubic (fcc)) Yüzey merkezleri ve köşelerde atomlar vardır. Küreler yüzey köşegeninde temas eder. a kübün kenar uzunluğu ve R atomik yarıçap olmak üzere; Koordinasyon sayısı en yakın komşu sayısıdır. fcc yapının koordinasyon sayısı 12 dir. Cu, Ca, Ag, Au fcc yapıdaki metallerden bazılarıdır. Yüzey merkezli kübik yapıda köşedeki atomlar 8, yüzey merkezindekiler 2 atom tarafından paylaşılır. Bu nedenle yapıya ait 4 atom vardır. Yüzey merkezi ve köşelerdeki konumlar özdeştir; yani bir küpten diğer kübe ötelendiğinde konumlar çakışır.

Uzay Merkezli Kübik Kristal Yapı (Body centered Cubic (bcc) Crystal Structure) Uzay merkezi ve köşelerde atomlar vardır. Küreler küp köşegeninde temastadır. a kübün kenar uzunluğu ve R atomik yarıçap olmak üzere; Uzay merkezli kübik yapıda köşedeki atomlar 8 atom tarafından paylaşılırken, uzay merkezindeki paylaşılmaz. Bu nedenle yapıya ait 2 atom vardır. Koordinasyon sayısı 8 olduğunda daha az dolu olup, doluluk oranı %68 dir. Na, Li, K, Ba, Cs bcc yapıda olan metallere örnektir.

Tipik Kristal Yapılar A konumlarını işgal eden sıkı paket küreler katmanı. Sonraki katmanlar B yi işgal eder. Heksagonal Sıkı Paket Yapı (hcp) Kristali oluşturan atomlar, birbirini çeken sert küreler olarak düşünülürse, heksagonal simetrili sıkı paketlenmiş düzlemler oluşur. Bu durumda atomlar enerjiyi minimum yapacak şekilde olabildiğince birbirlerine yaklaşırlar. 2 boyutta A pozisyonlarında olan atomların diziliminin üzerine, ikinci katmanda B pozisyonlarına ve üçüncü katmanda da yine A katmanlarına atomlar yerleşirse Heksagonal Sıkı Paket (hcp) Yapı oluşur [ABAB... sıralaması].

Sıkı Paket Kristal Yapılar Heksagonal sıkı paket yapı Kübik sıkı paket yapı

Sıkı Paketleme C C C A konumlarını işgal eden sıkı paketlenmiş küreler bir katmanını (tabakasını) düşünelim. Bir üst tabaka, sadece B konumlarını veya sadece C konumlarını işgal edebilir. 2. tabakada hem B hem de C konumunda atomların bulunması geometrik olarak mümkün değildir. Eğer 2. katman B olursa 3. tabaka A veya C olabilir. Sonuç olarak, kristallerde sıkı paketleme şekildeki gibi ABA,...(veya ACA...) şeklinde veya ABC,... dizilimler mümkündür.

Sıkı Paketleme ABAB... Dizilimi ABCABC... Dizilimi ABAB Sıralaması hcp Heksagonal sıkı paketleme ccp Kübik

Tipik Kristal Yapılar ABAB Sıralaması Crsytal structure video: https://www.youtube.com/watch?v=ukpr-9vmgsc https://www.youtube.com/watch?v=7tdnbg3kt2c https://www.youtube.com/watch?v=ipb8vrtrolu Heksagonal sıkı paket yapının birim hücresi

Heksagonal sıkı paket yapıda A düzlemindeki atomların tümü özdeş çevreye sahiptir. B düzlemindekiler de özdeş çevreye sahiptir. A ile B düzlemindeki atomlar birbirlerine göre ötelenmiş heksagonal örgüde yerleşmişlerdir. Kristalin yapısını tanımlayabilmek için hem A hem de B atomları baz olarak tanımlanmalıdır. A düzlemindeki atomları temsilen koordinatları (0,0,0) da olan ve B düzlemindeki atomları temsilen koordinatları (2/3, 1/3, 1/2) de olan atomlar yazılabilir. Sert kürelerden oluşmuş olan ideal sıkı paket yapıda c/a oranı (8/3) 1/2 ile verilir. Hcp yapıda kristallenen kristallerde atomlar sert küreler olmadıkları için bu değerden sapmalar gözlenebilir. Ti, Zn, Cd gibi katılar hcp yapıda kristallenirler. z B A A x hcp yapının primitif hücresi y x A a A B (2/3,1/3,1/2) a A A B atomu: (2/3, 1/3, 1/2) A atomu: (0, 0, 0) y = 120 o a = b c

HCP Birim hücreye ait atom sayısı Diğer heksagonal birim hücreden gelen ve içte yer alan atomların katkısı: 3

KÜBİK SIKI PAKET (ccp) YAPI [Yüzey Merkezli Kübik Yapı] Eğer atomların dizilimi ABCABC... şeklindeyse, oluşan yapı kübik sıkı paket yapı (ccp) ya da yüzey merkezli kübik yapı (fcc) olarak adlandırılır. Atomlar birim hücrenin köşeleri ve yüzey merkezlerinde yerleşmiştir.

ELMAS YAPISI 109.5 o İç kısımdaki atomlar da aslında fcc kristalinin atomlarıdı olup, iki fcc yapı birbirine göre köşegenden (¼ ¼ ¼) ötelenmiştir. Dolayısıyla yapı iç içe geçmiş, birbirlerine göre (¼ ¼ ¼) ötelenmiş fcc yapısıdır. Atomların koordinasyon sayısı 4 tür. Tetrahedral bağ yaparlar. Birim hücre içinde kalan atomun birim hücrenin köşesi ve yüzey merkezindeki atomla yaptığı ile bağ açısı 109.5 derecedir. Mikroelektronik teknolojisi silisyum üzerine kurulmuştur. İlk transistör Germanyumdan yapılmıştır.

Elmas - Grafit Her ikisi de karbon (C) atomlarından oluşmaktadır. Elmasta karbon atomlarının düzeni tetrahedraldir. Her karbon diğer 4 karbon atomdan 1.544Å uzakta olup, C-C-C bağının açısı 109.5 derecedir. Tehrahedral bağ yapısı nedeniyle bilinen en sert malzemedir. Yoğunluğu 3.514 g/cm 3 olup, grafitten daha yoğundur. Elmas diğer bütün malzemeleri kesebilir. Isı iletkenliği bakırınkinden 5 kat daha fazladır. Sesi iletir, ancak elektrik iletkenliği çok kötü olduğundan iyi bir yalıtkandır. Şeffaftır. Grafitte karbon atomlarının en yakın komşu sayısı aynı tabakada 3 tür. Yoğunluğu 2.3 g/cm 3 tür. Tabakalar arasında atomlar zayıf bağlıdır. Grafit yumuşaktır, elektriği iyi iletir, kötü ısı iletkenidir. Siyahtır.

Diğer karbonlu yapılar Grafen 2010 Fizik Nobel Ödülü C-60 Fuleren 1996 Kimya Nobel Ödülü Bu yapılar arasındaki farklılığını tek nedeni karbon atomlarının farklı dizilimi

Çinko sülfür (ZnS) (Zinc blende) Yapı Optoelektronik aygıtlarda (LED, yarıiletken laser, fotodedektör, güneş hücresi) kullanılan yüksek verimli aygıtların çoğu ZnS yapıda kristallenmektedir.

Sodyum Klorür (NaCl) Yapısı

Sodyum Klorür (NaCl) Yapısı

Crystal Structure of NaCl: https://www.youtube.com/watch?v=y3o05zvr5wy

SEZYUM KLORÜR (CsCl) YAPISI Yapı içiçe geçmiş basit kübik yapıdır. Birim hücredeki CsCl molekülü sayısı: 1 Crystal Structures: https://www.youtube.com/watch?v=csnnbuqxgtk

Polimorfizm ve Allotropi Bazı metaller ve metal olmayanlar birden fazla kristal yapısına sahip olabilirler. Bu duruma polimorfizm denir. Eğer bu durum elemental katılarda karşımıza çıkarsa bu özellik genellikle allotropi olarak adlandırılır. Hangi kristal yapısına sahip olunacağı sıcaklık ve dış basınca bağlıdır. Örneğin karbon ortam koşullarında grafit olarak kristallenirken, oldukça yüksek basınç altında elmas yapı oluşur. Saf demir oda sıcaklığında bcc yapıdayken, 912 o C de fcc yapıya dönüşür. Beyaz kalay Gri kalay Kalayın allotropik dönüşümü (bcc elmas yapı) Kalayın beyazdan griye dönüşümü oldukça yavaş bir hızda gerçekleşir. Ancak sıcaklık 13.2 o C nim altındaysa bu dönüşüm daha hızlı olur. Beyaz kalaydan griye dönüşüm sürecinde hacim %27 artar ve yoğunluk 7.30g/cm 3 den 5.77g/cm 3 e düşer. Bu hacim genişlemesi nedeniyle beyaz kalay, gri kalay tozu allotrobuna dönüşür. Ortam sıcaklığının biraz altında bu süreç çok yavaş gerçekleştiği için sorun yaratmayacaktır. Ancak sıcaklık çok uzun süre çok düşük olursa kalaydan yapılmış olan malzemelerde çatlamalar gerçekleşir. 18950 yılında Rusya da çok uzun süreli olarak hava oldukça soğuktı ve kalaydan yapılan kilise org boruları, askerlerin üniformalarının düğmeleri çatlamıştı. Bu durum «kalay faciası» olarak bilinmektedir.

Kuasi-Kristaller 1976- Roger Penrose : 2 farklı geometriye sahip birim hücre ile dönme simetrisi olan (5 katlı) ancak öteleme simetrisi olmayan bir örgü oluşturulabileceğini gösterdi (Matematiksel) Deneysel olarak; Al 6 Mn alaşımının hızlı soğutularak büyütülmesiyle oluşan katı malzemenin elektron difraksiyonu deseninde 10-katlı dönme simetrsisine sahip ancak öteleme simetrisi olmayan yapı belirlendi (1982). 2011 Nobel Ödülü Kimya, Shechtman 1984: Ni-Cr alaşımında 12 katlı dönme simetrisi gözlendi. Cr-Ni-Si da alaşımında 8 katlı dönme simetrisi belirlendi. Kuasi kristaller termodinamik olarak kararsızdır, ısıtıldıklarında kristal yapıya dönüşürler. Ancak 2010 yılında ilk doğal ve mükemmel kristal yapısına sahip mineral bulundu: Al 63 Cu 24 Fe 13

DOLULUK ORANI

DOLULUK ORANI : FCC fcc yapının doluluk oranı : %74

KRİSTAL YOĞUNLUĞUNUN HESAPLANMASI Birimler (CGS): A : g/mol N A : 6.02 x 10 23 atom/mol V = cm 3 N V : atom