Malzeme Teknolojisi - I Atomik Yapı Prof.Dr.İrfan AY Prof.Dr.İrfan AY Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz MAKİNE PROGRAMI MAKİNE PROGRAMI MALZEME MALZEME TEKNOLOJİSİ TEKNOLOJİSİ- -I I- - (DERS NOTLARI) (DERS NOTLARI) Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1 2008 2008- -2009 2009 BALIKESİR BALIKESİRATOMİK YAPI ATOMİK YAPI VE VE Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 2 BAĞ KUVVETLERİ BAĞ KUVVETLERİMALZEMLERİN ATOMİK YAPISI MALZEMLERİN ATOMİK YAPISI Her element Her element atom atom adı verilen temel birim elemandan adı verilen temel birim elemandan oluşur.Malzemelerin oluşur.Malzemelerin Atomları Atomları, negatif elektrik yüklü , negatif elektrik yüklü elektron elektronlar,pozitif elektrik yüklü lar,pozitif elektrik yüklü proton protonlar ve yüksüz lar ve yüksüz nötron nötronlardan meydana gelmiştir. lardan meydana gelmiştir. Atom çekirdeği Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 3 Proton (+) Nötron (yüksüz) Elektron (-)Her kabuktaki elektron sayıları 2n 2 kuralına göre bulunurlar ( 2-8-18-32…..) Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 4Denge durumundaki bir atom eşit sayıda elektron ve protona sahip olmalıdır.Aynı atomun protonları sabit kalıp nötronları değişik olabilir işte buna İZOTOP adı verilir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 5Proton ve nötron atoma çok daha sıkı bağlıdır.Fakat elektron atoma daha zayıf güçle bağlıdır.Bu yüzden elektron sayısı kolayca değişebilir.Çekirdekteki pro ton ve nötron sayısı da ancak nükleer fizyon ve radyoaktif bozunma yolu ile değişebilir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 6 Örnek ; Normal hidrojenin 1 protonu var, nötronu yok. Döteryum adlı hidrojenin 1 nötronu+1protonu var Trityum adlı hidrojenin 2 nötron+1 protonu varProf. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 7Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 8Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 9Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 10(–) yüklü atom Eğer bir atom dışarıdan elektron alırsa, (–) yük sayısı (+) yük sayısından fazla olur. Bu durumda atom (–) yüklü olur. Örneğin nötr flüor atomunun 9 elektronu, 9 protonu vardır. Flor atomu 1e– alınca 10 elektronlu ve (–) yüklü olur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 11(+) yüklü atom Eğer bir atom bir elektronunu kaybederse, (+) yük sayısı (–) yük sayısından fazla olur. Bu durumda atom (+) yüklü olur. Örneğin nötr lityum atomunun 3 protunu 3 elektronu vardır. Lityum 1e– verirse 2 elektronlu ve (+)yüklü olur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 12Molekül nedir? İki farklı atom bir araya gelerek molekülü oluşturur. Tıpkı su molekülünde olduğu gibi (H 2 O). Hidrojen ve oksijen atomlarının suyu oluşturması için çarpışma ları gerekir.Bu da sıcaklık yardımıyla olur.Bu gün su oluşturacak kadar yeryüzünde sıcaklık yok. Bu sıcaklık dünya oluşurken oluşmuş yeryüzünün ¾ ü su olmuş onu kulla Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 13 yeryüzünün ¾ ü su olmuş onu kulla nıyoruz. Molekülün bağı’na gelince oksijen tarafı biraz eksi(-), hidrojen tarafı ha fif art(+) yüklüdür.Birbirlerini çekerek molekülü birarada tutarlar.Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 14Su molekülünde Oksijen atomunun etrafındaki elektron yoğunluğu, hidrojen atomu etrafındakinden 10 kat daha fazladır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 15ATOMLARARASI BAĞLAR Esas olarak atomlararası bağ’lar 4 sınıfta incelenir. 1. Kovalent bağ : Atomlar arasında elektron’ların ortaklaşa kullanıl ması sonucu oluşan bağ’a kovalent bağ denir.Metal olmayan Ametal atomları arasında oluşur. Örnek su molekülünde olduğu gibi. Amonyak NH , Hidrojen Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 16 Amonyak NH 3 , Hidrojen (H 2 ) , HCl , Metan (CH 4 ) Oksi jen (O 2 ) Diğer örneklerdir. Kuvvet,ortak kullanılan elekt ronların kendi eksenleri etra fında birbirlerine zıt yönde dönmesinden doğan elektro manyetik kuvvetlerdir.2. İyonik Bağ ; Metal ve ametal atomları arasında elek tron alışverişi sonucu oluşan bağ’a iyonik bağ denir. Zıt yüklü iyonlar arasında güçlü bağ oluşur. Sodyum’un 11 elektro nu var.Klor’un 17 elek tronu var. Na 1 elektronunu verirse (+) yük Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 17 verirse (+) yük kazanmış olacak, Cl 1 elektron almakla (-) yük kaznmış olacaktır. Böylece Tuz molekülü (Na + Cl - ) iyon bağı ile bağlanmış olacaktır.3.Metal Bağı ; Metal atomlarını katı ve sıvı halde birarada tutan kuvvetlere metal bağı denir. Katı halde iken atomlar birbirlerine çok yakın halde bulunurlar. Metallerin en dış elektron’ları çıkarılırsa (+) metal iyonu haline geçen atomlar her tarafta vardır.Gene serbest elektronlar şu veya bu atoma bağlı olmaksızın tüm iyonların arasında bir tutkal gibi bulunurlar. Çok sayıda (+) iyon yığını ile serbest (-) elektron gazı topluluğu metalik bağı oluşturur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 18 topluluğu metalik bağı oluşturur.4.Van Der Waals Bağı ; En zayıf bağ çeşididir. Bu bağ tüm malzemelerde vardır.Ama özellikle plastik lerde çok önemlidir. Su molekülünü bir inceleye lim. Hidrojen ve oksijen atomları 104,5 0 lik açıyla bağlanmışlardır.Bu açı molekülün hidrojen Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 19 molekülün hidrojen ucunda (+) pozitif kutup oluşturur.Okjien tarafı da (-) negatif kutup olur.Bu oluşum sonucu yük dengesi sizliği, bu kutupların birbirini çekmesi ile su molekülü tutulur. Su’da Van der wals bağıBağ Bağ ortağı ortağı Bağ Bağ Türü Türü Özelliği Özelliği Termik Termik Elektrik Elektrik Bağ Bağ elektro elektro nları nları Örnek Örnek Metal Metal / / Metal Metal Metal Metal bağı bağı Yüksek Yüksek kaynama kaynama noktası noktası (1). sınıf (1). sınıf iletken iletken (elektron (elektron iletkeni) iletkeni) Serbest Serbest elektronla elektronla r r Metaller Metaller ve ve alaşımları alaşımları Yüksek Yüksek kaynama kaynama (2). sınıf (2). sınıf iletken iletken NaCl, NaCl, Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 20 Metal Metal / / Ametal Ametal İyon İyon bağı bağı kaynama kaynama noktası noktası ve ergime ve ergime noktası noktası iletken iletken (iyon (iyon iletkeni) iletkeni) Elektron Elektron alışverişi alışverişi NaCl, NaCl, Al Al 2 2 O O 3 3 , , PbSO PbSO 4 4 AMetal AMetal / / Ametal Ametal Kovalen Kovalen t bağ t bağ / / Van der Van der wals wals bağ bağ Düşük Düşük ergime ergime noktası noktası ve ve kaynama kaynama noktası noktası Yalıtkan Yalıtkan (İzolatör) (İzolatör) Elektron Elektron çifti çifti - - Si,Ge, Si,Ge, elmas elmas/ / PVC,LPG, PVC,LPG, su ve su ve diğer diğer gazlar gazlarKRİSTAL YAPILAR BİRİM KAFES ÇEŞİTLERİ Malzeme içindeki atomlar 3 şekilde bulunur a)- Kristal yapı – atomların dizilişi düzenli Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 21 a)- Kristal yapı – atomların dizilişi düzenli b)- Amorf yapı - atomların dizilişi düzensiz c)- Cam yapı - bir atom komşusu ile düzenli komşu olmayanla dizilişi düzensiz.Kristal yapı örnekleri Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 22 Kristal yapı örnekleri Amorf yapı örnekleriCam yapı örnekleri Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 23Metallerde gözlenen kristal kafes yapılar 1. Kübik yapılar ; Hacim merkezli kübik Yüzey Merkezli kübik (HMK) (YMK) Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 24 Atom hacmi = 8*1/8 +1 =2 atom hacmi Atom hacmi =8*1/8 +6*1/2 =4 atom hacmi2. Hegzagonal kristal kafes Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 25 Atom hacmi =12*1/6 +2*1/2 + 3 = 6 atom hacmiSERAMİKLERİN YAPISI Seramikler metaller gibi kristal yapıya sahip olabilirler, fakat kristal yapıya sahip olmayan pek çok seramik var dır. Seramik kristal yapıya sahip değilse cam’dır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 26 Kristal seramik Cam seramikPLASTİKLERİN YAPILARI Plastiklerin iç yapıları metal ve seramiklerden fark lıdır.Polimeri oluşturan monomer’lerin birbirine ek lenmesi ile oluşan molekül zincirleri aşağıdaki gibidir ler. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 27 Amorf polimer yapı Yarı-kristalin polimer yapıAmorf yapılarda zincir bağlantıları çeşitlidir. Network yapı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 28 Dallı Düz -uzun Çapraz bağlıKOMPOZİT MALZEMLERDE YAPI Bu malzemeler metal,seramik ve polimer’lerin birbiri ile karıştırılmasından meydana gelmiştir. Elyaf tipli kompozitlerin iç yapısı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 29 Ağaç bir kompozit malzemedir.İç yapı sı yukarıdadır. Karbon-fiber kompozit ve iç yapısıTanecikli kompozitlerin iç yapısı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 30 Beton , çimento+kum karışımı kompozit malzemedir.Tabakalı kompozitlerin iç yapısı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 31KRİSTAL HATALARI Daha önce söylediğimiz kristal yapılar ideal yapı olarak ifade edildi.Oysa gerçekte kristal içlerinde atomlar dizilirken bir takım hatalar oluştururlar.Bunlar 3 çeşittir. 1. Noktasal Hatalar Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 32 1. Noktasal Hatalar 2. Çizgisel Hatalar (Dislokasyonlar) 3. Yüzeysel hatalarNOKTASAL HATALAR Atomların olması gereken yerde olmaması durumun da oluşan hatalardır. Bunlar ; 1. Boşyer hatası- (vacancy) 2. Arayer hatası-1-(interstitial impurity atom-yabancı) 3. Yeralan atomu -kırmızı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 33 3. Yeralan atomu -kırmızı yabancı atom(substitution impurity atom) 4. Arayer atomu-2- self inters titial impurity atom-yerli atomNoktasal hatalar ; * yüksek sıcaklıktan ani soğuturken * plastik deformasyon yaparken * yüksek enerjili parçacıkların çarpması sonucu oluşurlar. - Boş yer, difüzyon olayında rol oynar Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 34ÇİZGİSEL HATALAR ( Dislokasyonlar ) Dislokasyon, kristalin kayma düzlemleri arasında bulunan düzensizliklere denir.Bu da atomların çizginin bozulmasına neden olur. Dislokasyonlar sayesinde mal zemelere kolayca şekil verebiliriz.Dislokasyonlar olma saydı şekil veremezdik. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 35İki tip dislokasyon vardır. * Kenar dislokasyonu, * Vida dislokasyonu Kenar dislokasyonu Vida dislokasyonu Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 36YÜZEYSEL HATALAR Yüzeysel hatalar deyince aklımıza ; * tane sınırları * ikiz sınırları * faz sınırları Tane sınırlarında yabancı atomlar,oksitler,impuriteler, Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 37 atomlar,oksitler,impuriteler, sülfürler burada bulundu ğundan zayıf bölge olarak kabul edilirler.İkiz sınırları ; Tane içindeki kayma düzlemlerinin kırılmasıyla ortaya çıkan durumdur.Yüksek hız ve soğuk plastik deformasyonlarda ortaya çıkar. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 38* Faz sınırları ; Kristal içersinde farklı yapıda faz’ların olması halidir.Bulunduğu kristal ile uyumlu olurlar veya olmazlar. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 39Konu ile ilgili sorular 1. Aşağıdakilerden hangisi atom içinde bulunmaz? a)-Nötron b)-Proton c)-elektron d)-molekül 2. Atomun her kabuğunda kaç elektron olduğu hangi formülle bulunur? a)- 1n 2 b)- 3n 2 c)-2n 2 d)- 2n 3. Radyoaktif bozunma- nükleer füzyon nasıl olur? Atoma ; Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 40 Atoma ; a)-elektron çarpar b)proton çarpar c)-nötron çarpar d)-molekül çarpar 4. Aynı atomun protonları sabit kalıp ……………. ları değişirse buna o atomun izotopu denir.Boşluğa aşağıdakilerden hangisi gelir? a)-elektronları b)-iyonları c)-molekülleri d)- nötronları5. Atomda en zayıf bağ aşağıdakilerden hangisi ile olur? a)Elektron b)-proton c)-nötron d)-molekül 6)-Atomlar arasında elektronların ortaklaşa kullanıl dığı bağın adı hangisidir? a)-metalik bağ b) vanderwals bağ c)-kovalent bağ d)-iyonik bağ 7)-Atomlararası elektron alışverişi sonucu doğan Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 41 7)-Atomlararası elektron alışverişi sonucu doğan bağ aşağıdakilerden hangisidir? a)-metalik bağ b) vanderwals bağ c)-kovalent bağ d)-iyonik bağ 8)-HMK kristal kafesinin birim kübündeki atom sayısı aşağıdakilerden hangisidir? a)- 4 b)- 2 c)- 1 d)- 69)-YMK kristal kafesinin birim kübündeki atom sayısı aşağıdakilerden hangisidir? a)- 4 b)- 2 c)- 1 d)- 6 10)-Hexagonal kristal kafesinin birim kübündeki atom sayısı aşağıdakilerden hangisidir? a)- 4 b)- 2 c)- 1 d)- 6 11)-Seramiğin kristal yapıya sahip olmayanına ne denir? Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 42 denir? a)-plastik b)-cam c)- metal d)-Kompozit 12)-Dislokasyon bir …………… kusurdur.Uygun terim hangisidir? a)- noktasal b)-yüzeysel c)-çizgisel d)-arayer13)-yüksek hız - soğuk deformasyonda hangi şekil verme mekanizması oluşur? a)Kayma b)-İkiz c)-Tane kayması c)-Sürünme 14)-Aşağıdakilerden hangisi kristal hatalardan değildir? a)-Noktasal b)-Yüzeysel c)-Çizgisel d)-çentik 15)-Aşağıdakilerden hangisi yüzeysel hatalardan değildir? a)-Tane sınırı b)-molekül sınırı c)-İkiz sınırı d)-Faz Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 43 a)-Tane sınırı b)-molekül sınırı c)-İkiz sınırı d)-Faz sınırı