elektrikselmalzemeler4

8/14/2019 elektrikselmalzemeler4

1/7

Elektriksel Malzemeler Ders Notlar Yrd. Do. Dr. Nil Toplan

1

Ba Enerjisi ve Atomlararas mesafe

Atomlararas ba koparmak veya oluturmak iin gerekli min. enerjiye ba enerjisi denir. Dengehalindeki 2 iyon arasndaki uzakla atomlararas denge mesafesi ad verilir. Atomlararas dengemesafesi 2 iyon yaraplarnn toplamna eit olacaktr. Scaklk, iyon ap, komu atomlarn says,kovalentlik derecesi atomlararas denge mesafesini etkileyen faktrlerdir.

Ba Enerjisiyonik Ba iin ba enerjisi 150-370 Kcal/molKovalent Ba iin ba enerjisi 125-300 Kcal/molMetalik Ba iin ba enerjisi 25-200 Kcal/molVander wals iin ba enerjisi


2/7


2

Atomlararas Denge MesafesiMalzemeler ok sayda atomlarn ba kuvvetleri etkisi altnda bir arada dizilmesiyle oluur.Atomlararas uzaklk atomlarn dizili biimini ve yapsn belirlemede byk rol oynar.Atomlararas mesafeyi en basit ekilde anlatmak iin zt iaretli iki iyondan oluan bir model alnr.ki iyon arasndaki ekme kuvveti sayesinde iyonlar aras mesafe azalr. yonlar birbirinedediklerinde ayn ykl elektronlar arasndaki itme kuvvetleri uzakln azalmasn zorlatrrlar.

tme kuvvetleri yakn mesafede ok iddetlidir. Mesafe uzadka hzla azalan itme kuvveti 0 olur .ekme ve itmenin eit olduu noktada kuvvet sfrdr ve iyonlar aras denge oluur. Dengehalindeki iki iyon arasndaki uzakla, atomlar aras denge mesafe ad verilir.

Atomlararas mesafeyi etkileyen faktrler:

ScaklkDenge halindeki iki atomun arasndaki uzaklk bunlarn atom yaraplarnn toplamna eittir. Bumesafeler scakl arttrmamz durumunda artacaktr

Saf Metal da Mesafe = R+R =2Rki tr Metal da mesafe = R1+R2

yon ap

Bir atomdan valans elektronlar uzaklatrlrsa ap klr, ilave edilirse ap byr. Bu trmalzemelerde atomlararas mesafe iyon aplarnn toplamna eittir.

rnek : //Ntr Fe atomunun yarap R=1,241

Fe+2nin R=0,74 Fe+3nin R=0,64 O-2nin R=1,41 FeO malzemesinde atomlararas mesafe = 1,41+0,74 = 2,15

Bir atomu kuatan atomlarn says= Koordinasyon says

Bir atomu evreleyen atomlarn says arttka bunlarn elektronlarnn arasndaki zt etkilemenedeniyle atomlararas mesafe de artacaktr. HMK sistemde bir atoma en yakn komu atomlarnsays (KS) 8 dir. YMK sistemde ise KS=12dir. YMK sistemde komu atomlar, HMK sistemdekiatomlara gre biraz daha uzaktrlar ve YMK yapdaki atomlararas mesafe daha fazladr. rneinHMK ntr demirde atomlararas mesafe 1.241 A iken YMK ntr Fe de biraz artarak 1.269 Aolmaktadr.

Kovalentlik derecesiKovalent bal cisimlerde kovalentlik derecesi dolaysyla paylalan elektron says arttkaatomlar birbirlerini daha kuvvetli ekeceklerinden atomlararas mesafe azalr. nk ne kadar okelektron paylalrsa, atomlar birbirini daha kuvvetli ekeceklerdir. Dolays ile atomlar birbirinden

ayrmak iin de daha fazla enerjiye ihtiya duyulacaktr.rnek://

C-C = 1,54 CC = 1,2

Bir malzemeye ait ba enerjisi ukuru ne kadar derin ise, o malzemenin atomlararas bankoparmak iin o kadar fazla enerjiye ihtiya vardr. Dolays ile malzemenin ergime scakl da ooranda yksek olur. Ergime scakl yksek olan malzemelerin sl genlemeleri daha dktr.


3/7


3

2.5. Koordinasyon Says

Gerek malzemeler yalnzca iki atom arasnda deil, ok sayda atomlarn ba kuvvetleri etkisindektle halinde dizilmeleri sonucu oluurlar. Koordinasyon says bir atoma teet komu atomlarnsaysna denilmektedir. Bireysel atomlardan oluan gazlarda atomlar aras ba olmadndankoordinasyon says sfr saylr.

Merkez atom yarap r onu evreleyen atomlarn yarap R ise r/R oran bize koordinasyonsaysn verir. Minimum atomik boyut oranlar ( r/R) koordinasyon saysnn belirlenmesindeetkilidir. R (-) iyon ap, r (+) iyon ap

Tablo. Koordinasyon says ve atom aplar arasndaki oran ilikisiKoordinasyon Says Minimum r/R oran

3 0,1554 0,2556 0,4148 0,73212 1,00

KS: 4 ([Ni(CO)4] , [Cu(CN)4]3-, Si, Ge, ZnS) KS: 6 (NaCl)

KS=8 (CsCl) KS: 12 (Pb)


4/7


4

BLM 4. KRSTAL YAPILAR

Malzemelerdeki hatalar ihmal edersek, atomik dzenlemeyi 3 aamada inceleyebiliriz.Dzensizlik (Amorf yap)Ksa mesafede dzenlilik (Molekler yap)Uzun mesafede (Kristal yap)

Atomlarn dizilme ekillerine bal olarak, malzemelerin zellikleri ve mikroyaplar deimektedir.Bir malzemeyi meydana getiren yaplardan amorf yap, atomlarn dzensiz veya rastgele dizilmesi(gazlar, svlar ve kat maddelerden cam amorf yapya rnektir) ile, molekler yap, molekllerinzayf balarla balanarak birarada bulunmas ile (Molekler yapl malzemelerde, moleklierisinde dzenli bir dizili szkonusu iken molekller aras rastgele bir dizilie sahiptir. H2O,CO2, O2, N2 ve birok polimer malzemeler molekler yapya sahiptir). Kristal yap ise atomlarnbelirli bir geometrik dzene gre dizilmesi ile olumaktadr (btn metaller, ou seramikmalzemeler ve baz polimerler kristal yapya sahiptirler).

ekil 1. Amorf ve kristalin yaplar

Atomlarn boyutlu uzayda belli bir dzene gre dizilmeleri sonucu oluan kristal yapda dzenlidizili birbirinin tekrarlanmas eklinde olur. Dzenli yapnn en kk birimine birim hcre denir. Birim hcre, tm kafesin btn zelliklerine sahiptir. Bunlar yan yana dizilerek kristalyapnn tamam elde edilir. Bir kristal yapy tanmlamak iin birim hcresini tanmlamak yeterlidir.Birim hcrenin kenar uzunluklar ve kenarlar arasndaki alar kafes parametresidir. Kafesparametrelerinin farkl kombinasyonlar sonucu olarak deiik geometrik ekillere sahip 14 tane

kristal kafes mevcuttur. Metallerde en fazla grlen HMK, YMK ve HSP kristal kafesleridir.

BirimHcre

KristalYap


5/7


5

Kristal yap trleri

Genelde 7 farkl kristal tr veya sistemi vardr. Uzayda en genel halde bir eksen takm seilsin vebu eksen takm arasndaki alar , ve olsun ve uzay bu eksenler boyunca eit aralkl paraleldzlemler geirilerek eit hacimlere ayrlsn. Aadaki ekilde de grld gibi x ekseni boyuncaa, y ekseni boyunca b ve z ekseni boyunca c aralklaryla geirilen dzlemlerin ayrd eit

hacimler eik ve genel prizma eklindedir. Birim hcre olarak adlandrdmz bu prizmann , ve alarna ve a,b,c kenarlarna zel deerler verilerek 7 kristal trnn birim hcreleri elde edilir.

Tablo 1. 7 farklkristal sistemlerine ait kafes parametreleri

ekil 2. Kafes parametreleri

Kbik kafes yaplar

Geometrik olarak kbik kristalde atomlar farkl ekilde dizilerek basit kbik (BK), hacimmerkezli kbik (HMK) ve yzey merkezli kbik (YMK) kafeslerini oluturabilirler.

Basit Kbik (B.K)

R R

a0=2R

ab

c

Kristal Tr a,b,c , , Kbik a=b=c == =90Tetragonal a=bc == =90Ortorombik abc == =90Monoklinik abc = =90 90Triklinik abc 90

Rombohedral a=b=c 90Hegzagonal a1=a2=a3c Alar = = 90 ve = 120

Kelerde birbirine teet deen atomlar vardr. Ancak kararsz bir dizili tr olduu iindoada bu yapda cisim yoktur.


6/7


6

Hacim merkezli kbik (H.M.K)

Hacim merkezli kbik yapda kpn her kesinde ve merkezinde bir atom bulunur ve keatomlar merkeze teettir. Gerekte her kedeki atom 8 komu birim hcre tarafndanpaylalmaktadr. Bir kede birim hcreye ancak 1/8 lik bir dilim der. 3a=4R

Yzey merkezli kbik (Y.M.K)

Yzey merkezli kbik yapda kpn her kesinde ve yzey merkezlerinde bir atom bulunur.Yzey merkezindeki atomlarn bir yars, gz nne alnan hcreye, dier yars komu hcreyeaittir.

rnek: Kbik kristal sistemdeki her bir hcre iin atom saylarn belirleyiniz?

Kbik sistemde birim hcredeki toplam atom says;

Ntoplam=Ni+1/4Nkenar +1/2 Nyzey +1/8 Nke

Birim hcre BK iin : {1/8} * 8 ke = 1Hacim merkezli kbik hcre (HMK) iin : ({1/8} * 8 ke)+1 merkezdeki = 2Yzey merkezli kbik hcre (YMK) iin : ({1/8} * 8 ke)+(1/2)6 yzey = 4


7/7


7

Hegzagonal sk paket yap (HSP)

Polimorfizm ( Allotropi)Birden fazla kristal yapya sahip olan malzemeler allotrofik veya polimorfik malzemelr olarakbilinir. (Scaklk ve basnca bal olarak birden fazla kristal yapda bulunabilme zellii) Allotropi

saf elementlerde, polimorfizm ise bileiklerde kullanlr. Bir metal birden fazla kistal yapya sahipolabilir Fe ve Ti elementleri gibi. Silika gibi birok seramik malzemelerde de polimorfikdnmler grlr. Malzemelerin stlmas ve soutulmas srasnda polimorfik veya allotropikdnmler hacim deiikliine neden olur. Bu hacim deiimi uygun bir ekilde kontrol edilmezsemalzemenin atlama ve hasarna neden olur.

rnek : Demir oda scaklnda H.M.K>910 C0 Y.M.K>1400 C0 H.M.K yapya sahiptir.

Karmak yaplar

Elmas kbik yap ( Si, Ge, Sn, C gibi elementlerde)NaCL ve CsCl (Sezyum klorr) yaplarKristal silikaKristallemi polimerler

Paketleme Faktr ( Atomsal Dolgu Faktr ) (Atom Dizim Katsays )Bu faktr atomlarn dolu kreler olduunu varsayarak bulunan birim hcredeki atomlarn toplamhacminin birim hcre hacmine blnmesiyle bulunur.

hacmiBirimhcre

acmiheratomunhtomsayaktrPaketlemef

=

rnek : H.M.K nn atomsal dolgu faktrn hesaplaynz.

68,0648

3

3

4

3r83

0a

3r34

2=

=

=

=

r

aktrPaketlemef

Metallerde en yksek atomik paketleme faktr 0.74 deeri ile YMK ve HSP yapdadr. HMKyapda 0.68 iken basit kpte 0.53tr.

Documents

elektrikselmalzemeler4