kati ÇĐsĐmler Đn ĐÇ yapisi -...

KATI KATI ÇÇĐĐSSĐĐMLERMLERĐĐN N ĐĐÇÇ YAPISIYAPISI

YAPI MALZEMESYAPI MALZEMESĐĐ I DERSI DERSĐĐ

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

YRD.DOÇ.DR. KAMĐLE TOSUN

2010-2011-GÜZ YY.

KATI ÇĐSĐMLERĐN ĐÇ YAPISI

� Đnşaat Mühendisliğinde, cisimlerin yükler

altındaki davranışını saptayabilmek çok

önemlidir. Yapının tasarımı, boyutlandırma

ve kesin hesapları açısından malzemenin

"mekanik özelliklerini" bilmek gereklidir.

� Malzemenin mekanik özellikleri cismin içyapısına bağlı olduğundan önce bunun incelenmesi gerekir. Ayrıca, metallerin korozyonu gibi malzeme açısından önemli olayları atom yapısına dayanmadan açıklamak olanaksızdır. Bu nedenle bu bölümde, bir yapı mühendisinin hatırlamasıgereken kimya bilgilerini özetlemekte yarar vardır.

KATI ÇĐSĐMLERĐN ĐÇ YAPISI

Atom Yapısı

� Atomlar, çevrelerinde negatif yüklü elektronların

devinimler yaptığı pozitif yüklü proton ve yüksüz

nötronlardan oluşur. Nötronu olmayan atom, yalnız

hidrojen atomudur. Bir atom çekirdeğinde, elektron

sayısı kadar proton vardır. Elektronun kütlesi nispeten

küçüktür (1/1836 proton) ve bu değer kütle hesabında

göz önüne alınmaz.

Atom numarasAtom numarasıı::

atomdaki protonlaratomdaki protonlarıın toplam sayn toplam sayııssıı

KKüütle numarastle numarasıı::

atomdaki proton ve natomdaki proton ve nöötronlartronlarıın n

toplam saytoplam sayııssıı

Denge durumundaki bir atomda elektronlarDenge durumundaki bir atomda elektronlarıın (n (--) )

saysayııssıı protonlarprotonlarıın (+) sayn (+) sayııssıına ena eşşittir.ittir.

Bir atom gramda; Bir atom gramda; öörnerneğğin 55,85 gram demirde in 55,85 gram demirde

6,026,02××10102323 ((AvagadroAvagadro saysayııssıı ) kadar atom vard) kadar atom vardıır. r.

Atom Atom elektronlar, protonlar ve nelektronlar, protonlar ve nöötronlardan olutronlardan oluşşur. ur.

Atom numarasAtom numarasıına bana bağğllıı

olarak atom olarak atom ççekirdeekirdeğğinin inin

ççapapıı 1010--1212 --1010--1111 mm mm

aralaralığıığında, atom nda, atom ççapapıı ise ise

yaklayaklaşışık 10k 10--77 mm mm

civarcivarıındadndadıır. r.

ELEMENTLER VE ATOM YAPISIELEMENTLER VE ATOM YAPISI

Hidrojenin atom Hidrojenin atom ççapapıı 0,460,46××1010--77 mm, toryumun atom mm, toryumun atom

ççapapıı 1,81,8××1010--77 mmmm’’ dirdir

�� AtomlarAtomlarıın n ççaplaraplarıı ççok kok küçüüçüktktüür. r. ÖÖrnerneğğin, in, hidrojen atomunun hidrojen atomunun ççapapıı 1010--88 cmcm’’dirdir. .

�� Atomun en Atomun en öönemli nemli öözellizelliğği, i, ççeeşşitli baitli bağğkuvvetlerinin meydana gelmesine yol akuvvetlerinin meydana gelmesine yol aççan an elektron sayelektron sayııssııddıır. Atom numarasr. Atom numarasıı da elektron da elektron saysayııssıına ena eşşittir. ittir.

�� ÖÖrnerneğğin, atom numarasin, atom numarasıı 92 olan uranyumun 92 92 olan uranyumun 92 elektronu vardelektronu vardıır. Buna gr. Buna gööre, uranyum atomunun re, uranyum atomunun ççekirdeekirdeğğinde 92 proton ve 146 ninde 92 proton ve 146 nöötron vardtron vardıır. r. BBööylece uranyumun kylece uranyumun küütle atle ağığırlrlığıığı 238 olur.238 olur.

Elementler,Elementler, genel olarak, metaller, ametaller ve genel olarak, metaller, ametaller ve

yaryarıı metaller olmak metaller olmak üüzere zere üçüçe ayre ayrıılabilir.labilir.


Periyodik tablo


Aynı atom numarasına yani aynı sayıda proton ve

elektrona sahip olmalarına karşılık nötron sayıları farklı

olan atomlar "izotop" olarak adlandırılır

ÖÖrnerneğğin;in;

26 Atom numaras26 Atom numarasıına sahip demirin izotoplarna sahip demirin izotoplarıı::

54Fe (26 p, 54Fe (26 p, 2828 n) n)

55Fe (26 p, 55Fe (26 p, 2929 n) n)

56Fe (26 p, 56Fe (26 p, 3030 n) n)

57Fe (26 p, 57Fe (26 p, 31 31 n) n)

58Fe (26 p, 58Fe (26 p, 3232 n)n)

İZOTOPİZOTOP


İZOTOP

HidrojenHidrojen

ProtiumProtium

1 p + 1 p + 0 n0 n

HHİİDROJENDROJENİİN N İİZOTOPLARIZOTOPLARI

AAğığır Hidrojenr Hidrojen

DeuteriumDeuterium

1 p + 1 p + 1 n1 n

Radyoaktif HidrojenRadyoaktif Hidrojen

TritiumTritium

1 p + 1 p + 2 n2 n

HĐDROJEN VE KARBONUN ĐZOTOPLARI


İZOTOP

Elementlerin kimyasal Elementlerin kimyasal öözelliklerini zelliklerini

o elementin elektron ve proton o elementin elektron ve proton

saysayııssıı belirler.belirler.

Bir elementin tBir elementin tüüm izotoplarm izotoplarıında kimyasal nda kimyasal öözellikleri zellikleri

aynaynııddıır. r. İİzotoplarda yalnzotoplarda yalnıızca fark nzca fark nöötron saytron sayııssııddıır.r.

İİzotoplarda bazzotoplarda bazıı fiziksel fiziksel öözellikler birbirinden farklzellikler birbirinden farklıı

olabilir. olabilir. ÖÖrnerneğğin bazin bazıı izotoplar radyoaktif olmalarizotoplar radyoaktif olmalarıına na

karkarşışın din diğğerleri deerleri değğildir.ildir.


İZOBARAtom numaralarAtom numaralarıı birbirlerine yakbirbirlerine yakıın n

elementlerin bazelementlerin bazıı izotoplarizotoplarıınnıın kn küütle tle

saysayıılarlarıı birbirlerine ebirbirlerine eşşit olabilir.it olabilir.

Atom numarası farklı, kütle numarası aynı olanatomlara izobar atom denir.

Bunlar farklı elementlere ait olduklarından,

Đzobar atomların fiziksel ve kimyasal özelliklerifarklıdır. Na-24 ve Mg-24 birbirinin izobarıdır.


ATOM MODELLERİ

LewisLewis--LangmuirLangmuir

BaBaşşlanglangııççta kta küüp p

şşeklinde ve eklinde ve

elektronlarelektronlarıın hareket n hareket

etmedietmediğği tahmin i tahmin

edilen modeledilen model

BohrBohr

ççekirdek etrafekirdek etrafıında nda

ggüüneneşş sistemine sistemine

benzer belirli benzer belirli

yyöörrüüngelerde dngelerde döönen nen

elektronlarelektronlar

dalga mekanidalga mekaniğğii

son olarak elektronlarson olarak elektronlarıın n

dalga hareketi yaptdalga hareketi yaptığıığı

ve belirli bir bve belirli bir böölgede lgede

bulunmasbulunmasıı ihtimali ihtimali

olduolduğğu yu yöörrüüngelerngeler

� Modern atom modeli, dalga mekaniğindeki gelişmelerin elektronun hareketine uygulanmasına dayanmaktadır.

� Modern atom modeli, atom yapısı ve davranışlarını diğer atom modellerine göre, daha iyi açıklamaktadır. Bu model, atom çekirdeği etrafındaki elektronların bulunma olasılığını kuantum sayıları ve orbitaller ile açıklar, kuantum sayıları, bir atomdaki elektronların enerji düzeylerini belirten tam sayılardır. Orbitaller ise elektronun çekirdek etrafında bulunabilecekleri bölgelerdir

� Orbitallerin bulunduğu katmanların enerji seviyelerinin başkuantum sayısı belirler. n = 1,2,3,. . .gibi tam sayılarla ifade edilir. Orbitallerin şeklini ise l yan kuantum sayılarıbelirler. l = 0(s), 1(p), 2(d),. .(n-1) e kadar değerler alır. Orbitallerin doğrultularını(açılarını) veren ml yan kuantum sayısı ml=-l. . .0. .+l değerlerini alır. Elektronların spinigösteren ms kuantum sayısı da +1/2 veya -1/2 değerlerini alabilir.

Atomun yapısını açıklayan ve bugün için kabul edilen son teori Kuantum Atom Teorisi'dir.

ATOMLAR ARASI ATOMLAR ARASI BABAĞĞLARLAR

ATOMLAR ARASI BAATOMLAR ARASI BAĞĞLARLAR

�� AtomlarAtomlarıın son yn son yöörrüüngelerinde en ngelerinde en ççok sekiz elektron ok sekiz elektron bulunabilir (tek ybulunabilir (tek yöörrüüngeli atomlarda iki elektron). ngeli atomlarda iki elektron).

�� TTüüm atomlar son ym atomlar son yöörrüüngelerindeki elektronlarngelerindeki elektronlarıı 8 yaparak 8 yaparak soy gazlar gibi kararlsoy gazlar gibi kararlıı hale gehale geççme eme eğğilimindedirler.ilimindedirler.

Atom Bağları

Cisimlerin en küçük yapı birimi olan atomları, atomlar

arası bağ kuvvetleri birarada tutar. Bu bağ kuvvetleri

cismin mukavemetinin esasını oluşturur. Ayrıca

elektriksel ve ısıl özellikleri belirler. Genellikle atomlar

arası bağ kuvvetli ise şekil değiştirme direnci büyük,

ergime sıcaklığı yüksek ve ısıl genleşme düşük olur.

Atom bağları zayıf (fiziksel) veya kuvvetli (kimyasal)

olabilir. Kimyasal bağlar üç şekilde olur.

BAĞ ÇE�İTLERİ


1.1. İİyonik Bayonik Bağğ

2. 2. KovalentKovalent BaBağğ

3. 3. Metalik BaMetalik Bağğ

4. 4. Van Der Van Der WaalsWaals BaBağığı


�� AtomlarAtomlarıın son yn son yöörrüüngelerinde en ngelerinde en ççok sekiz elektron ok sekiz elektron bulunabilir (tek ybulunabilir (tek yöörrüüngeli atomlarda iki elektron). ngeli atomlarda iki elektron).

�� İİyonik bayonik bağğ metaller ile ametaller arasmetaller ile ametaller arasıında olunda oluşşur.ur.


İİYONYONİİK BAK BAĞĞ

�� İİyonik bayonik bağğ metaller ile ametaller arasmetaller ile ametaller arasıında olunda oluşşur.ur.

Bir atomdan diğerine elektron taşınmasıyla, büyük atomlararasıbağ kuvvetleri oluşur ve meydana gelen iyonlar artı ve eksi yüklüiyonların birbirini çekmeleriyle birbirine bağlanır.

Đyonik bağnispeten kuvvetli ve yönden bağımsızdır.

Bağlanma sonrasıiyonların potansiyel enerjilerinde net bir azalma olur


İİYONYONİİK BAK BAĞĞ

�� Son ySon yöörrüüngedeki eksiklikler elektron alngedeki eksiklikler elektron alışışveriverişşi ile sekize i ile sekize tamamlantamamlanıır. r.

Na (0) yüksüz

Elektron kaybeder

Na+ (+) Katyon

Cl (0) yüksüz

Elektron alır

Cl- (-) Anyon

Na+ Cl-

+ -


KOVALENT BAKOVALENT BAĞĞ

�� Ametaller ile Ametaller arasAmetaller ile Ametaller arasıında olur.nda olur.

�� ValansValans elektronlarelektronlarıınnıın ortak kullann ortak kullanıımmıı ssööz konusudur. z konusudur. Atomlar Atomlar soygazsoygaz kurulumunu alkurulumunu alıırlar.rlar.

�� PaylaPaylaşışılan elektron ile pozitif lan elektron ile pozitif ççekirdek arasekirdek arasıında nda ççekim ekim kuvveti olukuvveti oluşşur.ur.

�� ElektronlarElektronlarıın paylan paylaşışılmaslmasıı sonucu sonucu KovalentKovalent babağğ yapan iki atomun yapan iki atomun enerjileri azalenerjileri azalıır. r.

�� BBöölgesel olarak ylgesel olarak yöönlenminlenmişş, , nispeten bnispeten büüyyüük bak bağğ kuvvetleri. kuvvetleri.



�� Elektronlar Elektronlar ççekirdek etrafekirdek etrafıında dnda dööndndüükleri gibi kendi kleri gibi kendi eksenleri etrafeksenleri etrafıında da dnda da döönerler.nerler.

�� Bu dBu döönme hareketi neticesinde nme hareketi neticesinde elektromagnetikelektromagnetik kuvvetler kuvvetler oluoluşşur.ur.

+- + -



�� Bu baBu bağğ genellikle gazlarda meydana gelir (Hgenellikle gazlarda meydana gelir (H22, NH, NH33, O, O22, CH, CH4 4 ). ).


KOVALENT BAKOVALENT BAĞĞ Buzda her su molekBuzda her su moleküüllüü didiğğer 4 er 4

molekmoleküül tarafl tarafıından sarndan sarıılarak larak

tetrahedrontetrahedron şşeklinde baeklinde bağğlanmlanmışışttıır. r.

ÜçÜç boyutta da hidrojen baboyutta da hidrojen bağğlarlarıı

mevcuttur. mevcuttur.

Buz 0Buz 0ooCC’’de eriyince hidrojen de eriyince hidrojen

babağğlarlarıınnıın kabaca %15n kabaca %15’’i ki kıırrııllıır. Sonur. Sonuçç

olarak olarak tetrahedraltetrahedral yapyapıı bozulur, her bozulur, her

su moleksu moleküüllüü komkomşşu 4 moleku 4 moleküülden lden

daha fazla molekdaha fazla moleküüle bale bağğlanlanıır. r.

BBööylece yoylece yoğğunluk 0.917unluk 0.917’’den 1den 1’’e e

ççııkar. kar.



�� KatKatıılardaki en glardaki en güüzel zel öörnerneğği ise ki ise küübik yapbik yapııdaki elmastdaki elmastıır.r.

Silisyum, Germanyum, Karbon Silisyum, Germanyum, Karbon

gibi elementler dgibi elementler döört rt kovalentkovalent

babağğ ile ile tetrahedrontetrahedron babağğ

oluoluşştururlar. Bu tururlar. Bu tetrahedrontetrahedron

gruplar birlegruplar birleşşerek elmas kerek elmas küübik bik

yapyapıı meydana getirirler.meydana getirirler.


METALMETALİİK BAK BAĞĞ

Metaller son yMetaller son yöörrüüngelerindeki ngelerindeki

valansvalans elektronlarelektronlarıınnıı serbest serbest

bbıırakarak iyon haline gelirler. rakarak iyon haline gelirler.

Serbest kalan elektronlarSerbest kalan elektronlarıın n

metal metal ççekirdeekirdeğği ile bai ile bağğlarlarıı ççok ok

zayzayııftftıır ve hir ve hiççbir atoma babir atoma bağğllıı

kalmadan metal kalmadan metal ççekirdekleri ekirdekleri

etrafetrafıında serbestnda serbestççe dolae dolaşışırlar. rlar.

Artı iyon çekirdekleri

Elektron yükü bulutu halindeki değerlik elektronları



Metal atomlarMetal atomlarıı birbirine birbirine

yaklayaklaşşttığıığında son nda son

yyöörrüüngelerindeki enerji bantlarngelerindeki enerji bantlarıı

birbirinin ibirbirinin iççine girer ve serbest ine girer ve serbest

elektronlar bu bantlarda elektronlar bu bantlarda

hareket edebilirler. hareket edebilirler.



Metallerin Metallerin valansvalans elektronlarelektronlarıınnıı

serbest bserbest bıırakmalarrakmalarıı öözellizelliğği, iyi i, iyi

elektrik iletimi saelektrik iletimi sağğlamalarlamalarıına na

sebep olur. Bu bantlar isebep olur. Bu bantlar iççinde inde

hareket eden negatif yhareket eden negatif yüüklklüü

elektronlar ile pozitif yelektronlar ile pozitif yüüklklüü

ççekirdek arasekirdek arasıındaki ndaki ççekim ekim

metalik bametalik bağığı oluoluşştururturur



Metal atomlarMetal atomlarıı arasarasıındaki bandaki bağğ belirli belirli

atomlar ve elektronlara baatomlar ve elektronlara bağğllıı

olmadolmadığıığı iiççin, atomlarin, atomlarıın birbirine n birbirine

ggööre hareket etmesi ile bu bare hareket etmesi ile bu bağğ

kopmaz. kopmaz. Bu Bu öözellik metallerin zellik metallerin

şşekillendirilebilmelerini saekillendirilebilmelerini sağğlar.lar.


VAN DER WAALS BAVAN DER WAALS BAĞĞLARILARI

Bu baBu bağğlar, elektron allar, elektron alışış veriverişşini ini

tamamlamtamamlamışış molekmoleküüller veya son ller veya son

yyöörrüüngesindeki elektron sayngesindeki elektron sayııssıı

sekiz olan sekiz olan inertinert gaz atomlargaz atomlarıı

arasarasıında olunda oluşşan zayan zayııf baf bağğlardlardıır ve r ve

üçüç şşekilde olabilir:ekilde olabilir:

1. Molek1. Moleküül Kutuplal Kutuplaşşmasmasıı

2. Ani Kutupla2. Ani Kutuplaşşma ma

3. Hidrojen K3. Hidrojen Kööprprüüssüü


VAN DER WAALS BAVAN DER WAALS BAĞĞLARILARI

KovalentKovalent babağğ ile kurulmuile kurulmuşş bir bir

molekmoleküülde, mesela hidrojen lde, mesela hidrojen florflorüürr

molekmoleküüllüünde paylande paylaşışılan lan

elektronlarelektronlarıın n ççooğğu u florflorüürr atomu atomu

etrafetrafıında olacanda olacağığından, molekndan, moleküül l

iiççinde bir elektrik yinde bir elektrik yüükküü dengesizlidengesizliğği i

vardvardıır. Molekr. Moleküüllüün hidrojen tarafn hidrojen tarafıı

pozitif pozitif florflorüürr taraftarafıı negatif olur ve negatif olur ve

bu iki ybu iki yüük farkk farkıı molekmoleküüller arasller arasıı

ççekim kuvvetini oluekim kuvvetini oluşşturur. turur.

�� MOLEKMOLEKÜÜL KUTUPLAL KUTUPLA��MASIMASI

FlorFlorüürr

H H

H H

+

+

- H H H H

-

+

FlorFlorüürr

+DipolDipol

oluoluşşumu umu

ATOMLAR ARASI MESAFEATOMLAR ARASI MESAFE

Đyonlar birbirine yaklaştıkça birbirlerini çekecektir. Yani bir iyonun çekirdeği diğer iyonun yük bulutunu (veya aksi) çekecektir. Fakat iyonlar birbirine yaklaşırken bir noktadan sonra her ikisinin elektron yükü bulutlarıbirbirini etkileyecek, bu defa itici kuvvetler meydana gelecektir.

Çekme kuvvetleri itme kuvvetlerine eşit olduğunda iyonlar arasında net bir kuvvet olmayacak, iyonlar bu uzaklıkta dengede kalacaklardır.

ATOMLAR ARASI MESAFEATOMLAR ARASI MESAFE

Çekme

Net kuvvet

İtme

Atomlar arasAtomlar arasıı mesafemesafe

KuvvetKuvvet

RRrr

aa

a = R + r a = R + r

Metal atomlarMetal atomlarıı arasarasıında nda

oluoluşşan itme ve an itme ve ççekme ekme

kuvvetlerinin kuvvetin kuvvetlerinin kuvvetin

dengelendidengelendiğği durumdaki i durumdaki

atomlar arasatomlar arasıındaki ndaki

uzakluzaklığığa atomlar arasa atomlar arasıı

mesafe denilir. Bu mesafe denilir. Bu

konumda ikonumda içç enerji en enerji en

azdazdıır; yani atomlar en r; yani atomlar en

kararlkararlıı durumdaddurumdadıırlar.rlar.

ATOMSAL YAPI TATOMSAL YAPI TÜÜRLERRLERĐĐ1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı

Atomlar 3 boyutta belirli bir dAtomlar 3 boyutta belirli bir düüzendedir. Tzendedir. Tüüm malzeme m malzeme boyunca sboyunca süüreklilirekliliğğini korur.ini korur.

ATOMSAL YAPI TATOMSAL YAPI TÜÜRLERRLERĐĐ1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı2.2. Amorf YapAmorf Yapıı

AtomlarAtomlarıın dizilin dizilişşinde bir dinde bir düüzensizlik vardzensizlik vardıır.r.

ATOMSAL YAPI TATOMSAL YAPI TÜÜRLERRLERĐĐ

2.2. Amorf YapAmorf Yapıı

3.3. BileBileşşik Yapik YapııÇÇok kok küçüüçük kristal park kristal parççalaralarıınnıın gelin gelişşigigüüzel bir yzel bir yığıığınnıı vardvardıır. r.

1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı


3.3. BileBileşşik Yapik Yapıı

4.4. KolloidalKolloidal YapYapııÇÇok kok küçüüçük elemanlar halinde bazk elemanlar halinde bazıı cisimler, birbirlerinden cisimler, birbirlerinden ayrayrıı olarak, ayrolarak, ayrıı faz veya aynfaz veya aynıı faz halinde bulunan bafaz halinde bulunan başşka bir ka bir cisim icisim iççinde dainde dağığılmlmışışttıır. r.

ÖÖrnerneğğin, dumanin, dumanıın in iççinde oldukinde oldukçça ka küçüüçük k ççaplaplıı yanmamyanmamışışkköömmüür zerreciklerinin bulunmasr zerreciklerinin bulunmasıı veya bir sveya bir sııvvıınnıın din diğğer bir er bir ssııvvıı iiççinde yayinde yayıılmaslmasıı bu tip yapbu tip yapıılardlardıır. Yol malzemelerinden r. Yol malzemelerinden bitbitüümlmlüü ememüülsiyonlar bu yaplsiyonlar bu yapııdaddadıır.r.

2.2. Amorf YapAmorf Yapıı1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı


4.4. KolloidalKolloidal YapYapıı5.5. Seramik YapSeramik Yapıı

Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli stekiometrikstekiometrik oranlarda birleoranlarda birleşşmesiyle olumesiyle oluşşurlar. urlar.

Seramiklerde metal olmayan atom Seramiklerde metal olmayan atom ççooğğunlukla oksijendir. unlukla oksijendir. Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyon Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyon oluoluşşumuna neden olurlar. Bumuna neden olurlar. Bööylece seramiklerde iyonsal ylece seramiklerde iyonsal babağğlar olduklar oldukçça yayga yaygıındndıır. Ancak seramiklerde kovalan r. Ancak seramiklerde kovalan babağğlara, kristal yaplara, kristal yapııya, hatta amorf yapya, hatta amorf yapııya da rastlanya da rastlanıır. r.

3.3. BileBileşşik Yapik Yapıı2.2. Amorf YapAmorf Yapıı1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı

ATOMSAL YAPI TATOMSAL YAPI TÜÜRLERRLERĐĐ1.1. Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı

Atomlar 3 boyutta belirli bir dAtomlar 3 boyutta belirli bir düüzendedir. Tzendedir. Tüüm malzeme m malzeme boyunca sboyunca süüreklilirekliliğğini korur.ini korur.

2.2. Amorf YapAmorf YapııAtomlarAtomlarıın dizilin dizilişşinde bir dinde bir düüzensizlik vardzensizlik vardıır.r.

3.3. BileBileşşik Yapik YapııÇÇok kok küçüüçük kristal park kristal parççalaralarıınnıın gelin gelişşigigüüzel bir yzel bir yığıığınnıı vardvardıır. r.

4.4. KolloidalKolloidal YapYapııÇÇok kok küçüüçük elemanlar halinde bazk elemanlar halinde bazıı cisimler, birbirlerinden cisimler, birbirlerinden ayrayrıı olarak, ayrolarak, ayrıı faz veya aynfaz veya aynıı faz halinde bulunan bafaz halinde bulunan başşka bir ka bir cisim icisim iççinde dainde dağığılmlmışışttıır. r.

5.5. Seramik YapSeramik YapııBir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli stekiometrikstekiometrik oranlarda birleoranlarda birleşşmesiyle olumesiyle oluşşurlar. urlar.


Kristal (Metalik) YapKristal (Metalik) Yapıı

Amorf YapAmorf Yapıı

Düzlemlerin Miller İndisleri


KRKRİİSTAL (METALSTAL (METALİİK) YAPIK) YAPI

Metal atomlarMetal atomlarıı üçüç boyutlu boyutlu

olarak dolarak düüzenli bir dizilizenli bir dizilişş

meydana getirirler ki buna meydana getirirler ki buna

uzay kafesi denilir. uzay kafesi denilir.

ÜçÜç boyutlu olarak boyutlu olarak

tekrarlanan en ktekrarlanan en küçüüçük k

yapyapııya birim hya birim hüücre (kafes) cre (kafes)

denilir. denilir.



Kristal sistemi Kristal sistemi uzunluklaruzunluklarıı AAççıılarlarıı

kküübik bik a = b = ca = b = c αααααααα = = ββββββββ = = γγγγγγγγ = 90= 90°°°°°°°°




hekzagonalhekzagonal a = b a = b ≠≠≠≠≠≠≠≠ ccγγγγγγγγ = = ββββββββ = 90= 90°°°°°°°°, ,

αααααααα = 120= 120°°°°°°°°




tetragonaltetragonal a = b a = b ≠≠≠≠≠≠≠≠ cc αααααααα = = ββββββββ = = γγγγγγγγ = 90= 90°°°°°°°°




rombohedralrombohedral a = b = ca = b = c αααααααα = = ββββββββ = = γγγγγγγγ ≠≠≠≠≠≠≠≠ 9090°°°°°°°°




ortorombikortorombik a a ≠≠≠≠≠≠≠≠ b b ≠≠≠≠≠≠≠≠ cc αααααααα = = ββββββββ = = γγγγγγγγ == 9090°°°°°°°°




monoklinikmonoklinik a a ≠≠≠≠≠≠≠≠ b b ≠≠≠≠≠≠≠≠ ccαααααααα = = ββββββββ = 90= 90°°°°°°°°, ,

γγγγγγγγ ≠≠≠≠≠≠≠≠ 9090°°°°°°°°




trikliniktriklinik a a ≠≠≠≠≠≠≠≠ b b ≠≠≠≠≠≠≠≠ cc αααααααα ≠≠≠≠≠≠≠≠ ββββββββ ≠≠≠≠≠≠≠≠ γγγγγγγγ ≠≠≠≠≠≠≠≠ 9090°°°°°°°°


KRKRİİSTAL (METALSTAL (METALİİK) YAPIK) YAPIYapYapıı Malzemesi olarak kullanMalzemesi olarak kullanıılan metallerin kristal yaplan metallerin kristal yapıılarlarııdaha daha ççok kok küübik ve bik ve hekzagonalhekzagonal sisteme uymaktadsisteme uymaktadıır.r.

Hacim Merkezli Hacim Merkezli KKüübik bik ((hmkhmk)) YYüüzey Merkezli zey Merkezli

KKüübik bik ((ymkymk))SSııkkıı dizilmidizilmişş

hekzogonalhekzogonal ((sdksdk))


Hacim Merkezli KHacim Merkezli Küübik (bik (hmkhmk))

KKüüppüün tam merkezine bir atom ve kn tam merkezine bir atom ve kööşşelere elere de birer atom yerlede birer atom yerleşşmimişştir. Ktir. Küüp hacminin p hacminin iiççinde kalan atom hacmi:inde kalan atom hacmi:


YYüüzey Merkezli Kzey Merkezli Küübik (bik (ymkymk): ): KKüüppüün her kn her kööşşesine birer atom ve her bir esine birer atom ve her bir yyüüzeye de birer atom yerlezeye de birer atom yerleşşmimişştir. Ktir. Küüp p iiççinde kalan atom hacmi:inde kalan atom hacmi:


SSııkkıı DizilmiDizilmişş HegzagonalHegzagonal ((sdhsdh):):

Atomlar taban dAtomlar taban düüzlemde altzlemde altııgenin genin kkööşşelerine ve bir tane de altelerine ve bir tane de altııgenin tam genin tam ortasortasıına yerlena yerleşşmimişştir. tir. İİki taban ki taban ddüüzlemi araszlemi arasıında taban dnda taban düüzlemindeki zlemindeki üçüç atoma teatoma teğğet olacak et olacak şşekilde ekilde üçüç tane tane atom yerleatom yerleşşmimişştir. tir.


Tipik bir metal kristali Tipik bir metal kristali 10101818 birim hbirim hüücresinin cresinin ddüüzgzgüün bir blok n bir blok şşeklinde eklinde ddüüzenlenmesinden zenlenmesinden oluoluşşabilir. Kusursuz bir abilir. Kusursuz bir kristal yapkristal yapıınnıın herhangi n herhangi iki hiki hüücresinin karcresinin karşışıllııklklııyyüüzleri her iki hzleri her iki hüücre icre iççin in de ortak olur.de ortak olur.


Metalik malzemelerin Metalik malzemelerin ççooğğu u kküçüüçük kristal k kristal kküümeciklerinden meciklerinden oluoluşştutuğğundan undan polikristalpolikristaladadıınnıı alalıırlar. Bu kristal rlar. Bu kristal kküümeciklerinin kristal yapmeciklerinin kristal yapııssııda kendi ida kendi iççinde dinde düüzenlidir. zenlidir. Kristal kKristal küümeciklerinin meciklerinin ayrayrıımmıınnıı, bunlar, bunlarıın birim n birim hhüücrelerinin decrelerinin değğiişşik ik yyöönlerde dizilinlerde dizilişşinden inden anlayabiliriz. anlayabiliriz.


BirleBirleşşen kristal ken kristal küümecikleri mecikleri arasarasıında tane snda tane sıınnıırrıı adadııverilen atomik bir boverilen atomik bir boşşluk luk vardvardıır. Bu br. Bu böölgede belirli bir lgede belirli bir ddüüzensizlik gzensizlik göörrüüllüür. r. İİnce nce yapyapııllıı bir metalik cismin bir metalik cismin kristal kkristal küümecikleri daha mecikleri daha kküçüüçük yapk yapııllııddıır. Bu nedenle r. Bu nedenle kaba tane yapkaba tane yapııllıı kristale kristale kkııyasla daha yasla daha ççok tane sok tane sıınnıırrııbulunmaktadbulunmaktadıır.r.


IsIsıı ve basve basııncncıın etkisiyle bazn etkisiyle bazııcisimlerin kristal yapcisimlerin kristal yapıılarlarıında nda dedeğğiişşimler olabilir. imler olabilir. ÖÖrnerneğğin, demirin 0 in, demirin 0 -- 910910°°°°°°°°C de C de hacim merkezli khacim merkezli küübik kristal yapbik kristal yapııssııvar iken, 910var iken, 910°°°°°°°°C C -- 14001400°°°°°°°°C arasC arasıında nda kristal yapkristal yapııssıı yyüüzey merkezli kzey merkezli küübik bik olur. olur. Bu tip kristal yapBu tip kristal yapıı dedeğğiişşimine imine allotropikallotropik dedeğğiişşim denir.im denir.

ALLOTROPALLOTROPİİK DEK DEĞİ�İĞİ�İMM


Tekil kristal kTekil kristal küümeciklerinin (meciklerinin (monokristalmonokristal) ) öözellikleri zellikleri kristal eksenlerine gkristal eksenlerine gööre farklre farklııllııklar gklar göösterir. sterir. MonokristallerinMonokristallerin yyöönlere gnlere gööre farklre farklıı davrandavranışışggööstermesi nedeniyle; mekanik, fiziksel, kimyasal stermesi nedeniyle; mekanik, fiziksel, kimyasal öözellikleri, dzellikleri, dışış etkilerin, uygulama doetkilerin, uygulama doğğrultusuna rultusuna babağğllıı olarak, farklolarak, farklıı dedeğğerler alabilir. erler alabilir. ÖÖzelliklerin yzelliklerin yöönlere gnlere gööre farklre farklııllıık gk gööstermesine stermesine anizotropianizotropi denir.denir.

ANANİİZOTROPZOTROPİİ

METALLERDE METALLERDE ERGERGĐĐME ve KRME ve KRĐĐSTALLESTALLEŞŞMEME

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGĐĐME ve ME ve KRKRĐĐSTALLESTALLEŞŞME ME

�� Her bir maddenin atomlarHer bir maddenin atomlarıı devamldevamlıı titretitreşşim yapar. Bu titreim yapar. Bu titreşşim o im o maddenin smaddenin sııcaklcaklığıığınnıı belirler. belirler.

�� Metallerin sMetallerin sııcaklcaklığıığı arttarttııkkçça, atomlara, atomlarıın titren titreşşimleri artar ve bu imleri artar ve bu titretitreşşimler atomlar arasimler atomlar arasıındaki bandaki bağığı zayzayııflatflatıır. r.

�� SSııcaklcaklıık yk yüükseldikkseldikççe titree titreşşim artar, dim artar, düüşşttüükkççe azale azalıır. Mutlak sr. Mutlak sııffıır r ssııcaklcaklığıığında (nda (--273273ººC) bC) büüttüün atomlarn atomlarıın titren titreşşimleri durur. imleri durur.

�� TitreTitreşşimlerin meydana getirdiimlerin meydana getirdiğği enerji, metal atomlari enerji, metal atomlarıınnıı birbirine birbirine babağğlayan enerjiyi gelayan enerjiyi geççince ergime dediince ergime dediğğimiz olay meydana gelir; imiz olay meydana gelir; yani metal syani metal sııvvıı hale gehale geççer. er.

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGĐĐME ve ME ve KRKRĐĐSTALLESTALLEŞŞME ME

�� ErgimiErgimişş bir metalin sbir metalin sııvvııdan katdan katııya geya geççiişşinde inde meydana gelen kristallemeydana gelen kristalleşşme iki safhada olume iki safhada oluşşur:ur:

1. 1. ÇÇekirdek oluekirdek oluşşumuumu

2. Kristal b2. Kristal büüyyüümesi.mesi.

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGĐĐME ve ME ve KRKRĐĐSTALLESTALLEŞŞMEME

KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında belirli nda belirli ddüüzlem gruplarzlem gruplarıı farklfarklıı yyöönlerde nlerde dizilir. dizilir. Bu dizilme gruplarBu dizilme gruplarıına na tane tane ssıınnıırlarrlarıı denir.denir.

TANE SINIRLARI

�� Tek kristalli yapTek kristalli yapıılarda tane larda tane gruplargruplarıı aynaynıı yyöönde gelinde gelişşir ve ir ve tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşmaz. maz.

�� Tane sTane sıınnıırlarrlarıı yyüüksek enerjilidir. (Yksek enerjilidir. (Yüüzey gerilimi)zey gerilimi)

�� Tane sTane sıınnıırlarrlarıı kimyasal reaksiyona girebildikimyasal reaksiyona girebildiğği ii iççin in üüzerine dzerine döökküülen len kimyasallar ile tespit edilir.kimyasallar ile tespit edilir.

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGĐĐME ve ME ve KRKRĐĐSTALLESTALLEŞŞMEME

KRİSTAL HATALARI

�� Nokta HatalarNokta Hatalarıı

�� ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı

�� YYüüzeysel Hatalarzeysel Hatalar

�� SegregasyonSegregasyon

KRKRĐĐSTAL HATALARISTAL HATALARI

��Nokta HatalarNokta Hatalarıı

�� BoBoşşyeryer: (Porozite): (Porozite)KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında bnda büüzzüülme, lme, yeterli syeterli sııvvıı olmamasolmamasıı veya veya iiççeride gaz hapsolmaseride gaz hapsolmasıınedenleri ile olunedenleri ile oluşşur.ur.

�� SSüüreksizlikreksizlik�� Kesitte daralma Kesitte daralma �� Mukavemet kaybMukavemet kaybıı nedenidir.nedenidir.BoBoşş yeryer

��BoBoşş YerYer


��Nokta HatalarNokta Hatalarıı ��BoBoşş YerYer

�� BoBoşşluklar atomlarluklar atomlarıın kristal in kristal iççerisinde hareketlerini erisinde hareketlerini kolaylakolaylaşşttıırrıır.r.


��Nokta HatalarNokta Hatalarıı ��Ara Yer hatalarAra Yer hatalarıı

�� Ara yer: Ara yer: Her hangi bir kristalde esas Her hangi bir kristalde esas atomlaratomlarıın aralarn aralarıındakilere daha ndakilere daha kküçüüçük k ççaplaplıı atomlaratomlarıın yerlen yerleşşmesi mesi ile oluile oluşşur. ur.

Ara yerAra yer

Yer alanYer alan�� Yer alan: Yer alan:

Her hangi bir kristalde esas Her hangi bir kristalde esas atomlaratomlarıın yerine ban yerine başşka atomlarka atomlarıın n yerleyerleşşmesi ile olumesi ile oluşşur. ur.


��ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı

�� AtomlarAtomlarıın hataln hatalıı dizilidizilişşleri bir leri bir ççizgi boyunca devam ederse izgi boyunca devam ederse ççizgi hatasizgi hatasıı oluoluşşur. ur.

ÇÇizgi hatalarizgi hatalarıı�� kenar kenar dislokasyonudislokasyonu ve ve �� vida vida dislokasyonudislokasyonuolarak bilinir. olarak bilinir.


��ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı ��Kenar Kenar DislokasyonuDislokasyonu

�� Kenar Kenar dislokasyonudislokasyonu, kristal i, kristal iççinde sona eren bir inde sona eren bir ddüüzlemin kenarzlemin kenarııddıır. r. İşİşareti areti ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ şşeklindedir.eklindedir.


��ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı ��Vida Vida DislokasyonuDislokasyonu

�� Vida Vida dislokasyonundadislokasyonunda ise, ise, ççizgi etrafizgi etrafıındaki ndaki atomlaratomlarıın dizilin dizilişşi vidani vidanıın helisi gibidir.n helisi gibidir.

�� İşİşareti areti �� şşeklindedir. eklindedir.


��ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı ��Vida Vida DislokasyonuDislokasyonu



�� Kenar ve vida Kenar ve vida dislokasyonlardislokasyonlarıı ççooğğu u zaman beraber zaman beraber bulunurlar ki; buna bulunurlar ki; buna karkarışıışık k dislokasyondislokasyondenilir. denilir.

�� DislokasyonlarDislokasyonlar, atomlar, atomlarıın denge mesafesini n denge mesafesini bozdubozduğğu iu iççin kristalin enerjisini artin kristalin enerjisini artıırrıır.r.



�� DislokasyonDislokasyon yoyoğğunluunluğğuuBirim hacimdeki Birim hacimdeki dislokasyondislokasyon ççizgilerinin izgilerinin uzunluuzunluğğu olarak verilir. u olarak verilir.

(mm / mm(mm / mm22))


�� YYüüzeysel hatalarzeysel hatalar

�� DDışış YYüüzey:zey:İİçç kkııssıımdaki atomlar kendini mdaki atomlar kendini ççevreleyen atomlar ile denge evreleyen atomlar ile denge durumunda oldudurumunda olduğğu halde, metalin du halde, metalin dışış yyüüzeye azeye aççıılan lan atomlaratomlarıında denge durumu bozulmunda denge durumu bozulmuşştur.tur.

�� KKüçüüçük Ak Aççııllıı Tane STane Sıınnıırrıı::Kenar Kenar dislokasyonlardislokasyonlarıı biri birinin biri birinin üüzerine szerine sııralanmasralanmasıı ile kile küçüüçük k aaççııllıı tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşur. ur. İİki boyutlu olan bu ski boyutlu olan bu sıınnıırlarda atomlar rlarda atomlar ddüüzensiz yerlezensiz yerleşşirler irler

�� Tane STane Sıınnıırlarrlarıı::Metal sMetal sııvvıı halden kathalden katıı hale gehale geççerken genellikle erken genellikle ççok sayok sayııda kristal da kristal tanesi olutanesi oluşşur. Katur. Katıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında tanelerin birlenda tanelerin birleşştitiğği i yerlerde 2yerlerde 2--3 atom kal3 atom kalıınlnlığıığında dnda düüzensiz yerlezensiz yerleşşme olume oluşşur ur


��SegregasyonSegregasyon

�� KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında nda belirli malzemeler, belirli malzemeler, belirli fazlarbelirli fazlarıın, belirli n, belirli bir yerde toplanmasbir yerde toplanmasıı..

Makro ya da mikro Makro ya da mikro olabilir.olabilir.

Metalik Yapı Kontrolü ve Bozuklukları

� Bir metalik malzemenin yapısı gerekli kesme, parlatma gibi hazırlıklar yapıldıktan sonra mikroskobik olarak incelenebilir. Bu çalışmalar şu açılardan çok yararlıdır:

� 1) Metalik göçmelerin nedenini açıklayabilirler,� 2) Metalin geçmişini öğrenerek uygun fabrikasyon

işlemini ortaya çıkarırlar,� 3) Isıl işlemlerin yeterlilik derecesini saptarlar,� 4) Alaşımların geliştirilmesine yardımcı olabilirler,� 5) Metal bileşenleri ve özellikleri kestirilebilir.

� Metalik kristal kümelerindeki kusurlar şöylece sıralanabilir :

� Tane sınırı bölgeleri bozuklukları,� Yabancı iyonların varlığı,� Mikroskobik yapı kontrolü işlemleri (kesme,

parlatma) sonucu meydana gelen bozukluklar,

� Fazla sıcaklık nedeniyle ortaya çıkan bazıiyonların konum bozuklukları,

� Dislokasyonlar (Bazı iyon sıra ve düzlemlerinin yanlış yerlerde bulunabilmesi),

� Mozaik yapı çarpıklıkları.

KATI KATI ÇÇĐĐSSĐĐMLERMLERĐĐN N ĐĐÇÇ YAPISIYAPISI

YAPI MALZEMESYAPI MALZEMESĐĐ I DERSI DERSĐĐ

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

kati ÇĐsĐmler Đn ĐÇ yapisi -...

Documents