İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ÖĞRENCİLERİ İÇİN MALZEME BİLİMİ 1. ATOMLARARASI BAĞLAR

Atomsal Yapı Atomlar bir çekirdek ve onu çevreleyen “-” yüklü elektronlardan oluşur. Çekirdekte “+” yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Proton ve elektron sayıları eşittir. Bu sayıya atomsal sayı denir. Bir atomun kütlesi proton ve nötron kütlelerinin toplamına eşittir. Uygulamada, genellikle 6.02x1023 (Avogadro Sayısı) atomdan oluşan atomsal kütle kullanılır.

Elektronlar belirli yörüngelerde hareket ederler

Elektron enerji düzeyleri Elektronlar belirli enerjilere sahiptir. Belirli sayıda enerji düzeyi birleşerek enerji kabuklarını (bantlarını) oluştururlar. Atomların en dış kabuğundaki elektronlara valans elektronları denir.

Kararlı elektron yapıları Valans elektronları en çok 8 olabilir. Bu elemanlar karalı bir elektron yapısına sahiptir ve aralarında etkileşme yoktur. He: 1s2 Ne: 1s2 2s2 2p6 Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 Elemanların çoğu kararsız yapıya sahiptir

Periyodik Tablo H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Ha Sg Ns Hs Mt * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

İyonik bağ Yönsüz Kararlı Ergime sıcaklığı yüksek

Kovalent bağ Elektron paylaşımı (her bağlantıda 2) Örnekte C 4, H 1 valans elektronuna sahip Ametal molekülleri, metal-ametal molekülleri, elemental katılar, bileşen katılar Yönlü bağ; bağ kuvvetli olmasına karşın oluşan cisimler (sürekli uzay ağı biçiminde olanlar, ör. Elmas, dışında) zayıf.

Metalik bağ Ortak elektron paylaşımı (1, 2 veya 3) Yönsüz Isıl ve elektriksel iletkenlik yüksek Metalik cisimlerde atomlar çoğunlukla özdeş

Zayıf bağlar Geçici kutuplaşma (tüm atom ve moleküllerde) Sürekli kutuplaşma (asimetrik veya polar moleküllerde ör. H2O, HCl)

Atomlararası uzaklık, Kuvvetler ve Enerji

1 mol cisimdeki enerji (iyonik katı örneği) Bir katı cisimdeki kohesiv kuvvetler atomlararası bağlarla doğrudan ilgilidir. Atomlararası kuvvetleri cisimdeki tüm atomlar arasında oluşan net çekme kuvvetini dikkate alarak değerlendirmek gerekir. Bunu iyonik kristallerle bait şekilde açıklamak mümkündür: İki zıt yüklü iyon arasındaki çekme kuvveti: Potansiyel enerji ise: “z”ler iyonların yükü; “e” elektron yükü; “r” iyonlararası mesafe İki iyon arasındaki enerji denklemi katı bir mol (N tane atom) katı cisim için aşağıdaki şekilde yazılır: A: kristal geometrisine bağlı bir sabit (Mandelung Sabiti) Öte yandan, iyonlar birbirlerine çok yaklaştıklarında itme kuvvetleri sahneye çıkar ve itme enerjisi aşağıdaki gibi yazılabilir: B ve a sabit Sonuç olarak, net enerji:

Bağ kuvvetleri Enerji denkleminin mesafeye göre türevi kuvvet denklemini verir: Net kuvvet eğrisine ro’da çizilen tanjantın eğimi ise cismin elastisite modülü (E)’nü verir. Diğer bir deyişle, Kuvvet-mesafe grafiği, aynı zamanda cismin teorik dayanımı hakkında da bilgi verir CİSİMLERİN MEKANİK VE ISIL ÖZELİKLERİ BAĞ ENERJİLERİYLE İLGİLİDİR.