Atom Yapısı & Atomlar Arası Bağlar

Bölüm İçeriği

ATOMLAR ARASI BAĞLAR Atomlar malzemeyi oluşturmak için bağ kurarlar. Kurulan bağ yeterli ise gaz, sıvı ve katılar oluşur. Atomların bağ kurmalarının sebebi, evrendeki tüm sistemlerin en düşük enerji seviyesine ulaşmak istemeleri eğilimidir. Atomların en düşük enerji seviyesine yani denge durumuna ulaşmaları, en dış kabukta 8 elektrona sahip olmaları ile mümkündür (sadece birinci kabuk 2e- la denge durumuna ulaşabilir).

Periyodik tabloya göre, en dış kabuklarında 8e- olan elementler asal gazlardır. Kimyasal aktivite göstermezler. 8e- 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 Hafif Metaller Transient Metals Metal olmayanlar Elektropozitiflik artar Elektronegatiflik artar * 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

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlarin Elektronik Yapisi

Bazı elementlerin elektronik konfigürasyonları MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlarin Elektronik Yapisi (devami) Bazı elementlerin elektronik konfigürasyonları

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arası Bağ Türleri (devamı) Bir atomun valens elektron sayısı 8’den az ise, elektron verebilir veya alabilir. Periyodik tablonun sol tarafındaki elementlerin valens elektron sayısı düşüktür. Bu yüzden bunlar kolaylıkla elektron vererek pozitiv iyona (KATYON) dönüşürler. Bu elementler ELEKTROPOZİTİV element adını alır. Periyodik tablonun sağ tarafındaki elementlerin valens elektron sayısı yüksektir. Bu yüzden bunlar kolaylıkla elektron alarak negativ iyona (ANYON) dönüşürler. Bu elementler ELEKTRONEGATİV element adını alır. Aradaki diğer elementler elektron paylaşabilirler.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arası Bağ Türleri Atomlararasi bağ kuvvetleri atomlari bir arada tutarak iç yapiyi olustururlar. Malzemenin fiziksel ve mekanik özellikleri bag yapisina baglidir. Kuvvetli baglar (iyonik, kovalent, metalsel), yüksek elastisite modulü, yüksek mukavemet, yüksek ergime sicakligi ve düsük isil genlesme verir. Zayif baglar ise elektriksel kutuplasma sonucu ortaya çikar.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arası Bağ Türleri (devamı) Atomlarin en dis kabugundaki elektronlara valens (degerlik) elektronlari denir. Bunlar Coulomb çekim kanunlarina göre çekirdege en az kuvvetle bagli olanlardir. Valens elektronlari, bag türlerini, atomlar arasi uzakligi, mekanik, elektriksel, kimyasal, isil, optik özellikleri belirler. Eger element 8 valens elektronuna sahipse (s2p6) kararlidir, elektron alisverisi yapmaz.

MALZEMELERİN İÇ YAPISI Atomlar Arası Bağ Türleri-İyonik Bağlar Iyonik bag ; Atomlar arasi en basit bag türüdür. Iyonik bilesikte iyonlari bir arada tutan elektrostatik kuvvettir. “+” yüklü iyonla (katyon) “-” yüklü iyon (anyon) arasindaki Coulomb çekme kuvvetinden dogar. Arti ve eksi yüklü iyonlar, küresel simetriden ötürü her dogrultuda elektrik alan olusturduklari için, elektrostatik çekme kuvveti her dogrultuda aynidir.

MALZEMELERİN İÇ YAPISI İyonik Bağlar (devam) Iyonik bilesiklerde ; katyonlari olusturan elementler ► IA grubu IIA grubu anyonlari olusturan elementler ► VIA grubu VIIA grubu  Katyonlar ► dis kabuktaki elektronlarini vererek Anyonlar ► verilen elektronlari alarak, oktetlerini tamamlar, asal gaz yapisi alirlar.

MALZEMELERİN İÇ YAPISI İyonik Bağlar (devam) En yaygın İyonik Bağlar metaller ile metal olmayan atomlar arsındaki elektron transferi ile oluşmaktadır. (CaF2, CaO, NaCl, KCl) Örnek: NaCl Na 11 elektronu var, dolu dış kabuk için 1 e- nu verme ihtiyacı var. Cl 17 elektronu var, dolu dış kabuk için 1 e- na ihtiyacı var

İyonik Bileşikler (NaCl örneği) :

İyonik Bileşikler (NaCl örneği)

İyonik Bileşikler (NaCl örneği) Elektron transferi ile sistemdeki enerji azalmıştır. • Atomlara göre iyonların ebatları: Na daralır and Cl genişler

MALZEMELERİN İÇ YAPISI İyonik Bağlar (devam) Bu tür katilarda elektronlar iyonlar tarafindan gayet siki bir sekilde tutulduklari için ; Bag kuvvetlidir. Yüksek ergime sicakligi vardir. Elektriksel iletkenlik düsüktür (ergitildikleri veya uygun bir sivi içinde çözündükleri zaman elektrigi iletmeleri elektronlarin akimindan degil iyonlarin hareketinden kaynaklanir). Sekil degistirme kabiliyeti düsüktür (iyonlarin bir kismi ötelenirse karsi karsiya gelen ayni isaretli yükler birbirini iter, kristal yapi bozulur.   Saydamdir. 8

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arasi Bag Türleri-Kovalent Baglar Bazi atomlarin diger atomlarlarla elektronlarini paylasarak son yörüngelerini 8’e tamamlamasi ile olusur. Periyodik tablonun sagindaki, elektronegativiteleri arasinda küçük farklar bununan elementler arasinda görülür. Elektron çifti bagi olarak da adlandirilir. Kovalent bag sayisi en fazla 4 olabilir (8/2). Bag belirli iki atom arasinda yönlenmek zorundadir (yönlü bag niteligindedir), bag uzunluklari ve açilari sabittir ve kütle boyunca esittir. Gaz molekülleri arasinda, elmasta, yari iletkenlerde, polimer moleküllerinde görülen bag türüdür.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI-Kovalent Bağlar (devam) Hidrojen disindaki atomlar 8 valens elektronu ile çevreleninceye kadar bag olusturma egilimindedirler. Hidrojen için gerekli olan helyum elektron konfigürasyonuna ulasmak (1s2), yani toplam 2 elektrona sahip olmaktir. Atomlar farkli tiplerde kovalent baglar yapabilirler ; Tek bagda ► Iki atom bir elektron çifti ile bir arada tutulmaktadir. Çoklu bagda ► Iki atom iki veya daha fazla elektron çifti ile bir arada tutulmaktadir.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI-Kovalent Bağlar (devam)

Karbonun kovalent bag yapisi. Her karbon atomu diger dört karbon atomu ile birer elektron paylasarak esit uzunlukta kovalent baglar olustururlar.

Karbonun kovalent bag yapisi. Örnek: Karbon. C (Z = 6) (1S2 2S2 2P2) N’ = 4, 8-N’ = 4 → 4 kovalent bağ oluşturabilir. ELMAS: Her karbon (C) atomu, komuşu 4 diğer karbon atomu ile 4 kovalent bağ kurar.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI-Kovalent Bağlar (devam) Örnek: Cl2 molekülü. ZCl =17 (1S2 2S2 2P6 3S2 3P5) N’ = 7, 8 - N’ = 1 → Sadece bir kovalent bağ oluşturabilir.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI-Kovalent Bağlar (devam) Kovalent Bağ katıların Özelikleri: Çekme kuvveti elektron ortak paylaşımı ile oluşmaktadır. Bağ kuvvetli ve dengededir Plastik sekil degistirmez.. Kovalent bağ malzemelerinin ergime, buharlasma sıcakliklari yüksektir. Kovalent bağ malzemeleri elektrik iletmezler.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arasi Bag Türleri-Metalsel Baglar Metallerde görülen bag türüdür. Metal bagi veya metalik bag diye de adlandirilir. Saf metallerde elektron alabilecek türden atomlar olmadigi için serbest kalan bu elektronlara elektron bulutu denir. Bu elektron bulutu ile pozitif yüklü iyonlar arasinda elektrostatik kuvvetler metalsel bagin olusumunu saglar.

Metalsel Bağın Yapısı

Metalsel Bağın Yapısı

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Metalsel Baglar (devami) Metalsel bagli katiların Özelikleri; Valens elektronlarinin serbest hareketliligi ile elektrik ve isiyi iyi iletir. Metal iyonlarinin yer degistirmesi, bunlar ile elektron bulutu arasindaki elektrostatik kuvvetlerde önemli degisiklik meydana getirmez. Yani metalsel bag bozulmaksizin atomlar birbirine göre ötelenebilir. Bu da metallerin plastik sekil degistirme kabiliyetini meydana getirir. Opak olurlar (isigi geçirmez, yansitir).

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Atomlar Arasi Bag Türleri-Zayif Baglar Zayif baglar (van der Waals kuvvetleri); Bazi hallerde atomlar veya moleküller arasinda bagi saglayan tek kuvvettir. Atomlar veya moleküller içinde elektronlar asimetrik dagilirsa, arti ve eksi yük merkezleri çakismaz. Bunun sonucu elektriksel kutuplasma (dipol olusumu, polarizasyon) meydana gelir. Elektriksel kutuplasma süreki veya geçicidir. Zayif baglar, zit isaretli iki kutup arasindaki çekme kuvvetinden kaynaklanir . Mekanizma iyonik baga benzer.

Kovalent Baglarda Polarite

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Zayif Baglar (devami) Sürekli Kutuplasma ; Eger molekül asimetrik ise, elektron dagilimi asimetriktir. Baglar olusurken elektron dagilimi degisir, eksi yük merkezi elektron yogunlugunun arttigi yöne, arti yük merkezi azaldigi yöne kayar. Elektriksel yük merkezlerinin çakismamasindan dogan bu tür kutuplasma süreklidir. Sonuç olarak bir molekülün pozitif kismi diger molekülün negatif kismi tarafindan çekilir. Böylece moleküller arasinda bag olusur.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Zayif Baglar (devami) Sürekli Kutuplasma – Hidrojen Baglari; Su molekülü olusurken H atomlarinin elektronlari O atomuna dogru çekilir, bu durumda arti yük merkezleri H çekirdeklerine dogru, eksi yük merkezi daha çok elektronla kusatilan O atomuna dogru kayar. Eksi kutuplu O diger bir komsu su molekülündeki arti kutuplu hidrojeni çeker. Bu sekilde olusan zayif baga hidrojen bagi veya hidrojen köprüsü denir. Hidrojen köprüsünün bag enerjisi diger zayif baglardan daha fazladir, çünkü “+” ve “-” yük merkezi ayrismasi yani kutuplasma daha büyüktür.

MALZEMELERIN IÇ YAPISI Zayif Baglar (devami)

Geçici Kutuplaşma)