MALZEME BİLGİSİ Doç.Dr. Gökhan Gökçe 2. MALZEME YAPISI

Doğada bulunan doğal maddelerden elde edilen malzemeler elde edilme yöntemlerine ve hammaddelerine göre farklı yapılara sahiptir. Malzemelerin sınıflandırılmasında malzemenin yapısal özellikleri baz alınmaktadır. Madde atomlardan oluşur ve atomların farklı dizilişleri de o maddenin tüm özelliklerini etkiler. Karbon lif Aktif karbon

Atom bir kimyasal elementin bütün özelliklerini taşıyan en küçük parçacığıdır. Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atomdaki proton sayısı elektron sayısına eşit olduğunda atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.

Atomlar, atomik sayı ve atom ağırlıkları ile belirlenirler. Atom sayısı proton sayısına eşittir. Atom ağırlığı ise nötron, proton ve elektron ağırlıklarının toplamına eşittir. Atom numarası (Z), çekirdekte bulunan (+) yük birimlerinin sayısıdır (Proton +1 yüklü olduğu için atom numarası çekirdekteki protonların sayısına eşittir. Atomun elektrik yükü nötr olduğunda atom numarası atomun çekirdeği etrafındaki elektron sayısını verir.

Kütle numarası (A) çekirdekteki proton, nötron ve dışındaki elektronların toplam kütlesini verir. Ör: Kütle numarası (A) 14, atom numarası (Z) 7 olan azot (N) atomunun çekirdekte 7 proton (Z kadar), 7 nötron (A-Z kadar) ve çekirdek dışında 7 elektronu (Z kadar) vardır. Mühendislik problemlerinde atom ağırlıklarının (yoğunluk ve ısınma dışında) fazla bir önemi yoktur. Çekirdek ve çevredeki elektronlar ise önemlidir.

Elektronlar çekirdek etrafındaki yörüngede sonsuz hızlarla dönerler Elektronlar çekirdek etrafındaki yörüngede sonsuz hızlarla dönerler. Kabuk olarak adlandırılan bu bölgedeki elektronların en dıştakilerine valans elektronu denir. Bu elektronlar, metalik malzemelerde malzeme özelliklerini etkiler. Malzemenin kimyasal özelliklerini, atomlar arası bağ kuvvetini, atom büyüklüğünü, elektrik ısı iletkenliğini, optik özelliklerini ve diğer bir çok özelliği etkiler.

Doğada cisimler katı, sıvı ve gaz formda bulunurlar(klasik form). Şu anda tanımlanmış toplam 16 hal vardır, bunlar, klasik haller dışında; sıvı kristal, amorf katı, manyetik düzenli, süperiletken, süperakışkan, Bose-Einstein yoğunlaşması, Rydberg molekülü,plazma(iyonlaşmış gaz), kuark-gluon plazması, dejenere madde, süperkatı, sicimsi sıvı ve süpercamdır. Gündelik hayatta maddeler genel olarak katı, sıvı ya da gaz halinde bulunur, ancak Dünya dışında, evrendeki maddenin %99'u plazma (iyonlaşmış gaz) halindedir. Katılarda atomlar arası mesafe çok yakındır. Şekillerinin değişebilmesi için büyük enerjiler gerekir. Sıvı atomları arası bağlar zayıftır ve kolay hareket ederler. Gazlarda atomlar arası mesafe çok fazladır. Bu yüzden hareket serbestlikleri vardır.

Atomsal bağlar *İyonik *Kovalent *Metalik İyonik bağ metal elementlerle ametal elementler arasında gerçekleşir. Bir atomun elektronu fazla, diğerinin az olması durumunda gerçekleşen iyonik bağda fazla elektronu olan az olana elektron verir. Bu sayede atomlar + ve – yüklerle yüklenirler. MgCl2, NaCl, MgO, Al2O3 Kovalent bağ ametallerin kendi aralarında yaptığı kimyasal bağdır. Elektronların ortaklaşa kullanılmasıyla olur. HF, H2, H2O

Metalik bağ, metaller arasındaki, bir ya da daha çok atomu bir arada tutan bir kimyasal bağ türüdür. Metaller genellikle yüksek kaynama ve ergime noktalarına sahiptirler ve bu da atomlar arasında güçlü bir bağ olduğuna işaret eder.

Kafes Sistemleri Bir kristali oluşturan tanecikler 3 boyutlu bir kristal örgü içinde belirli bir düzende dizilmişlerdir. Kristal örgüsünü tanımlayan en küçük kristal parçasına birim hücre denir. Bu birim hücreler 3 boyutlu bir uzayda dizilerek bir kristal (kristal kafes) oluştururlar. Metal atomları düzenli bir şekilde ve belirli bir konumda bulunurlar. Atomların bulundukları noktalar birleştirilirse, düzgün geometrik şekiller meydana gelir. X ışınları ile yapılan incelemeler sonunda metallerin 14 düzgün geometrik şekle sahip olduğu belirlenmiştir.

Metallerin bu geometrik şekilleri kristal kafes olarak anılır Metallerin bu geometrik şekilleri kristal kafes olarak anılır. Bunlar 7 grup altında toplanır: Kübik Ortorombik Rombohedrik Monoklinik Triklinik Hekzagonal Tetragonal

Gümüş metali yüzey merkezli kübik yapıdadır Gümüş metali yüzey merkezli kübik yapıdadır. Birim hücrenin bir kenarının uzunluğu 0,407nm (nanometre) olduğuna göre gümüş atomunun yarıçapını (pikometre) hesaplayınız.