Atom Arası Bağ Çeşitleri 3. Metalik Bağ Metaller son yörüngelerindeki valans elektronlarını serbest bırakarak iyon haline gelirler. Serbest kalan elektronların metal çekirdeği ile bağları çok zayıftır ve hiçbir atoma bağlı kalmadan metal çekirdekleri etrafında serbestçe dolaşırlar. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-26

Atom Arası Bağ Çeşitleri 3. Metalik Bağ Metal atomları biri birine yaklaştığında son yörüngelerindeki enerji bantları biri birinin içine girer ve serbest elektronlar bu bantlarda hareket edebilirler. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-27

Atom Arası Bağ Çeşitleri 3. Metalik Bağ Metallerin valans elektronlarını serbest bırakmaları özelliği, iyi elektrik iletimi sağlamalarına sebep olur. Bu bantlar içinde hareket eden negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü çekirdek arasındaki çekim metalik bağı oluşturur UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-28

Atom Arası Bağ Çeşitleri 3. Metalik Bağ Metal atomları arasındaki bağ belirli atomlar ve elektronlara bağlı olmadığı için, atomların biri birine göre hareket etmesi ile bu bağ kopmaz. Bu özellik metallerin şekillendirilebilmelerini sağlar. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-29

Metalik Bağların Özellikleri Elektron paylaşımı üzerine kurulur. Elektronlar tüm atomlar arasında paylaşılır. Bağ yönsüzdür. Yüksek ısı ve elektrik iletkenliklerine sahiptir. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-30

Metalik Bağların Özellikleri Orta seviyede düşük ergime sıcaklıklarına sahiptirler. En zayıf kuvvetli bağdır. Düşük elektronegatiflikli atomlar arasında oluşur. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-31

Metalik Bağların Özellikleri Neden yüksek ısı ve elektrik iletkenliklerine sahiptirler? Çünkü valans e- herhangi hususi bir atoma bağlı olmayıp kafes içerisinde elektriksek potansiyel farktan dolayı oluşan akım akışı nedeni ile istediği gibi hareket edebilmektedir. Aynı zamanda komşu elektronlara çarpmalar sonucu kafes içerisinde termal enerjilerini kolayca aktarabilmektedirler. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-32

Atom Arası Bağlar 4. VAN DER WAALS BAĞLARI Bu bağlar, elektron alış verişini tamamlamış moleküller veya son yörüngesindeki elektron sayısı sekiz olan inert gaz atomları arasında oluşan zayıf bağlardır ve üç şekilde olabilir: 1. Molekül Kutuplaşması 2. Ani Kutuplaşma 3. Hidrojen Köprüsü UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-33

VAN DER WAALS BAĞLARI MOLEKÜL KUTUPLAŞMASI Kovalent bağ ile kurulmuş bir molekülde, mesela hidrojen florür molekülünde paylaşılan elektronların çoğu florür atomu etrafında olacağından, molekül içinde bir elektrik yükü dengesizliği vardır. Molekülün hidrojen tarafı pozitif , florür tarafı negatif olur ve bu iki yük farkı moleküller arası çekim kuvvetini oluşturur. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-34

VAN DER WAALS BAĞLARI ANTİ KUTUPLAŞMASI Bütün simetrik moleküller ve inert gaz atomlarında, elektronların hareketi sonucu ani kutuplaşmalar, bunun neticesinde de çekim kuvveti meydana gelir. HİDROJEN KÖPRÜSÜ Molekül kutuplaşmasının özel bir halidir. Su molekülünde hidrojenin çekirdeği ile oksijenin elektronu arasında bir çekim kuvveti oluşur. Suyun yüksek kaynama sıcaklığı ve yüksek buharlaşma ısısına sahip olmasının sebebi de budur. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-35

Metaller: Metalsel bağlar Seramikler: Iyonsal / Kovalent bağlar VAN DER WAALS BAĞLARI Metaller: Metalsel bağlar Seramikler: Iyonsal / Kovalent bağlar Polimerler: Kovalent ve zayıf bağlar Yarı iletkenler: Kovalent / Iyonik bağlar UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 3-36

MALZEME BİLİMİ Konu 4 BAĞ ENERJİLERİ

ATOMLAR ARASI MESAFE iki iyon birbirine yaklaşınca, iki kuvvet türü oluşur. Çekme kuvvetleri (+) atomları birbirine çeker İtme kuvvetleri (-) atomlar birbirlerine çok yaklaştıklarında (~nm) gelişir. İki atom arasında karşılıklı elektronik itme vardır çünkü elektronlar atomların etrafındadır.

ATOMLAR ARASI MESAFE UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 4-1

ATOMLAR ARASI MESAFE Metal atomları arasında oluşan itme ve çekme kuvvetlerinin kuvvetin dengelendiği durumdaki atomlar arasındaki uzaklığa atomlar arası mesafe denilir. Bu konumda iç enerji en azdır; yani atomlar en kararlı durumdadırlar. UÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi 4-2

Zıt işaretli iyonlar arası çekme kuvveti Fç, x uzaklığının karesi ile ters orantılıdır. Şekilde görüldüğü gibi (Fç-x eğrisi) parabol biçimindedir. Çekme kuvveti uzaklık arttıkça azalır ve sonsuzda 0 olur. x0 Çekme (+) Fa(x): Çekme kuvveti Ft(x): Bileşke kuvvet Kuvvet Fr(x): İtme kuvveti Basınç (-) x,Atomlar arası uzaklık

İki atom birbirine yaklaşıp elektron bulutları üst üste binince girişim bölgelerinde elektron yoğunluğu artar ve aynı işaretli elektronlar arasında Fi itme kuvvetler etkin hale gelir. Fi itme kuvvetleri x uzaklığının 10 cu kuvvet ile ters orantılıdır. Buna göre itme kuvvetleri yakın mesafede çok şiddetlidir, x artınca hızla azalarak sıfıra yaklaşır. x0 Çekme (+) Fa(x): Çekme kuvveti Ft(x): Bileşke kuvvet Kuvvet Fr(x): İtme kuvveti Basınç (-) x,Atomlar arası uzaklık

Fç ve Fi kuvvetleri eşit olduğu veya F bileşke kuvvetin sıfır olduğu x=a uzaklığı atomlar arası uzaklık olarak tanımlanır. x0 Çekme (+) Fa(x): Çekme kuvveti Ft(x): Bileşke kuvvet Kuvvet Fr(x): İtme kuvveti Basınç (-) x,Atomlar arası uzaklık

Atomlar arası kuvvetler İki iyon arasındaki Fç ve Fi kuvvetlerinin cebrik toplamı F bileşke kuvveti verir. F= Fç + Fi F bileşke kuvvetinin değişimi şekilde gözükmektedir. Şekilde görüldüğü gibi zıt işaretli çekme ve itme kuvvetlerinin eşit olduğu konumda bileşke kuvvet 0 dır. Bu denge konumunda iki iyon yaklaştırılmak istenirse hızla büyüyen itme kuvveti şiddetle karşı koyar. Teorik olarak iki iyonun çekirdeğini birbirine değdirmek için sonsuz kuvvet gerekir. Diğer taraftan denge konumundaki iki iyonu uzaklaştırmak için giderek artan Fç kuvveti uygulanır. Bu Fç kuvveti maksimum değerine ulaştıktan sonra azalarak sıfıra yaklaşır.

İki atom birbirlerine yaklaştıkları zaman birbirlerine kuvvet uygularlar. 1. Çekme kuvvetleri (Fa)→Çekme kuvveti atomlar arası uzaklıkla (x) ters orantılıdır. 2. İtme kuvvetleri (Fr)→Atomlar birbirlerine çok yaklaştıklarında itme kuvvetleri etkendir. (yaklaşık olarak x uzaklığının 10. cu kuvveti ile ters orantılıdır.) Atomların itme ve çekme kuvvetlerinin eşit ve potansiyel enerjinin minimum olduğu denge konumu atomlar arası uzaklığı belirler. Aralarında bağ bulunan belirli bir atom çifti için bu uzaklık çok özel ve kesindir. Bu uzaklığı değiştirmeye karşı çok büyük bir direnç vardır. Örneğin Fe de bu uzaklığı %1 oranında değiştirmek için 1 mm2 ye 210 kg uygulamak gerekir. Bu nedenle atomsal yapı hesaplarında atomların birbirine teğet sert küreler olduğu varsayılır.

Bileşke kuvvet SF = Fa+Fr Fa=Fr → Denge noktası → @ x=x0 x0 denge noktası olarak ta bilinen verilen atom veya iyon çiftleri için çok özel mesafedir. O uzaklıkta değişim (gerilme veya sıkıştırma) için çok büyük kuvvet uygulamak gereklidir. Bu nedenle, atomik dizilimleri düşünüldüğünde , genellikle atomlar sert bilyeler (toplar) olarak kabul edilebilirler.

Atomlar arası Bağ Enerjileri Atomlar arası uzaklığı değiştirmek için bağ kuvvetleri nedeni ile enerjiye gerek vardır. Uzaklığı x den dx kadar artırmak için yapılacak iş veya gerekli enerji dW = Fdx tir. Bu bağıntıya göre bu iş için gerekli enerji F-x eğrisi atlında kalan alana eşittir.

Bazen, atomlar arası kuvvetler yerine potansiyel enerji ile çalışmak daha uygundur. atomik sistemler için burada En, Ea, Er iki izole ve bitişik atom için net, çekme ve itme enerjileridir.

Eb (bağ enerjisi) iki atomu ayırabilmek için gerekli olan bağ enerjisini ifade eder.

Bağ enerjisinin büyüklüğü ve E-x eğrisinin şekli malzemeden malzemeye değişir ve her ikiside atomik bağa bağlıdır. Dahası birçok malzeme özelliği atomların ilişkilerine bağlıdır. (Eb, eğri şekli ve bağ türü). Kaynama derecesi Sertlik Elastisite modülü Termal genleşme Metallerin iletkenliği

Atomik yarıçapa etki eden faktörler Sıcaklık: T artıkçca, x0 artar. İyonsallık: Elektropozitif bir (Fe+2) atomu nötr bir (Fe) atomundan daha küçük yarıçapa sahiptir Benzer şekilde elektronegatif (O-2) atomu nötr (O) atomundan daha büyük yarıçapa sahiptir.

Çevreleyen atomlar: Bağı çevreleyen atomların sayısı arttıkça, elektronlar tarafından geliştirilen itme kuvvetinin neticesi olarak atomlar arası uzaklık artar. Kovalentlik: Paylaşılan atomların sayısı arttıkça atomlar birbirlerini daha çok çekecek ve yarıçap azalacak. Örneğin tek kovalan bağlı C atomu çiftinde (C-C) kovalan olan bağ boyu veya uzaklık 0.154 nm, çift bağlılarda (C=C) 0.13 nm üç bağlılarda (C C) 0.12 nm dir.

r: Atomlar arası mesafe, nm (*10-9 m) A: -7.2 * 10-20 [J (nm)2] Örnek : r: Atomlar arası mesafe, nm (*10-9 m) A: -7.2 * 10-20 [J (nm)2] B: 9.4 * 10-25 [J (nm)10] m = 2, n = 10 U = rm A B + rn [J] U = r2 + r10 -7.2 * 10-20 9.4 * 10-25 Bağlar çok kararlıyken r0 bulunuz? Net enerjiyi hesaplayınız? Enerji minimumdur = 0 dr dU U = A r-m + B r-n = -m A r-m-1 – n B r-n-1 dr dU

= -2 * (-7.2*10-20) * r-3 – 10*(9.4*10-25)*r-11 = 0 dr dU = -2 * (-7.2*10-20) * r-3 – 10*(9.4*10-25)*r-11 = 0 9.4*10-25 14.4*10-20 r3 → = r11 r8 = 6.53*10-5 r = 0.299 nm -6.40*10-19 [J] 9.4*10-25 -7.2*10-20 Umin = = + (0.299)2 (0.299)10

MALZEME BİLİMİ Konu 5 KRİSTAL YAPILAR

MALZEME BİLİMİ Konu 6 MİLLER ENDİS SİSTEMLERİ

MALZEME BİLİMİ Konu 7 KRİSTAL KUSURLARI

MALZEME BİLİMİ Konu 8 KRİSTAL KUSURLARI

MALZEME BİLİMİ Konu 9 AROMİK YAPILARLA İLGİLİ ÖRNEKLER