ins211 malzeme bilimi - beun · 2020. 3. 10. · malzeme nedİr? 6 kullanılabilir cisimler yapmak...

60
INS211 MALZEME BİLİMİ Uzm. Dr. Zekeriya DOĞAN [email protected] 1 Güncelleme 27.9.2019 EDU

Upload: others

Post on 03-Mar-2021

34 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

INS211 MALZEME BİLİMİ Uzm. Dr. Zekeriya DOĞAN

[email protected]

1Güncelleme 27.9.2019

EDUꚚ

Page 2: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME BİLİMİ İÇERİĞİNDE İŞLENMESİ PLANLANAN

Malzeme

Atomun yapısı

Kristal yapılar ve geometriler

Kristal kusurları

Mekanik özellikler

Faz diyagramları

Yenim

Karma malzemeler

2

Page 3: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME BİLİMİ DERSİ İŞLENME ŞEKLİ

Ders içeriğini bu sunum dosyalarıdır.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği kitabının müfredatını takip etmekteyim. Kitabı

almak zorunda değilsiniz.

PowerPoint olarak hazırlanan bu dosyalar aktif bir bulut linki olarak

paylaşılacaktır. Linki sınıfınızın WhatsUp gurubundan öğrenebilirsiniz.

Dosyalar haftalık olarak bulutta güncellenecektir.

Sınav sonuçları cevap anahtarları ek materyaller ve duyurular aynı bulut

linkinde ilan edilecektir.

Laboratuvar ortamında 1 seans deneysel çalışma planlanmaktadır.

Ders kapsamında bana mail yolu ile ulaşabilirsiniz.

3

Page 4: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

DERSİ NASIL ÇALIŞMALIYIM…

Devam zorunlu mu ? (Mümkünse dersi derste dinleyiniz. Slaytlara her şeyi yazamıyorum. Sözlü

ipuçları veriyorum)

Uyanamadım II öğretimin dersine girebilir miyim? (evet)

Dersim çakışıyor I öğretimin dersine girebilir miyim? (uyanırsan evet 8:30)

I. II. Öğretim eşzamanlı mı işliyorsunuz (evet)

Ders notlarını çıktı alıyım mı (mümkünse ekrandan çalışın. Renk kodları ile anlatım yapıyorum.

Renkli çıktı pahalıya gelir)

Laboratuvara katılım zorunlu mu? (zorunlu)

Size nasıl ulaşırım ? (mail atın aynı gün dönüş yaparım)

Ezber var mı (bilgi var, yorum var)

Puan ekiliyor musunuz? (her türlü güzelliği yapıyoruz)

Üst sınıflar dedi ki… (hayır aynılarını sormam)

4

Page 5: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

GİRİŞ

Malzeme biliminin genel amacı, malzemelerin

içyapısını tanıtmak, içyapılar ile özellikler arasında

bağlantıları araştırmak, bu şekilde geliştirilen temel

ilkeler ve kavramlar ışığında uygulamada kullanılan

malzeme türlerini sınıflandırarak özelliklerini

incelemektir.

5

Page 6: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME NEDİR?

6

Kullanılabilir cisimler yapmak amacı ile doğal ya da

yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir.

Milattan önce 5000 – 4000 yıllarında insanoğlunun

kullandığı malzemeler odun, seramik, taş ve basit

olarak doğadan kazanılan altın, bakır ve

meteorlardan elde edilen demirdir.

Page 7: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME NEYE YARAR…

İnşaat mühendisliği için…

Yapının istenilen işlevlere sahip olabilmesi

Yapının dış etkenlere karşı dayanabilmesi

Yapının güzel* olması

Yapının ekonomik olması

7* güzellik zamana, mekana ve kültüre göre değişkenlik arz edebilir. Güzellik öğrenilen bir kavramdır.

Page 8: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME TÜRLERİ NELERDİR?

1. Metaller

2. Seramikler

3. Polimerler

4. Kompozitler

5. Yarı iletkenler

6. Biyometaryaller

8

Page 9: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEME SINIFLANDIRMA ÖRNEKLERİ

9

Metaller Metal Olmayanlar

Organik İnorganikDemirli Metaller Demirsiz Metaller

DoğalAhşapPetrol

Doğal gazKarbonlu bileşik

ReçineKauçuk

YapayPolimer

KağıtSeliloz

DoğalMineral

KilTuzlarFilizler

YapayTuğla

SeramikCam

Çimento

Cu alaşımlarıAl alaşımları

FontlarÇelikler

Page 10: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

AMACINA GÖRE MALZEMELER

Kullanış Yeri ve Amacına göre

1. Taşıyıcı (Strüktür) Malzeme (Ahşap Tuğla Taş, Beton, Çelik)

2. Ayrıntı (detay) malzemesi (Kaplama ve Doğrama)

3. Koruyucu (Yalıtım) Malzemeleri (Cam pamuğu, Perlit, Strafor)

Şekil Değişimine Göre

1. Elastik malzeme (Lastik Kauçuk)

2. Plastik malzeme (Kil)

3. Elasto-Plastik Malzeme (Çelik)

Yapısal Özelliklerine Göre

1. Fiziksel Özelliklerine Göre

•Homojen Malzeme (Çelik)

•Heterojen malzeme (Ahşap)

• İzotrop* Malzeme (Çelik)

•Anizotrop** malzeme (Ahşap)

2. Kimyasal Özelliklerine göre

•Metalik (Kristal) malzeme (demir bakır çinko)

•Amorf malzeme (Cam)

• Bileşik malzeme (Çelik Ahşap)

• Kolloidal malzeme (Katran)

• Seramik malzeme (Pişmiş kil)

10*İzotrop malzeme her yönde aynı optik özelliklere sahiptir. **Anizotrop malzemenin ise optik özellikleri değişkenlik gösterir.

Page 11: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

DAYANIM ÖZELLİKLERİ AÇISINDAN MALZEME

Mekanik*

Fiziksel

Kimyasal

Termik

Akustik

11*malzemenin yük altındaki davranışlarına mekanik özellikler denir.

Page 12: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MALZEMENİN YAPISI

Atomik yapı:

Elektronların çekirdek etrafındaki düzenleri elektrik, magnetik, ısıl ve optiközelliklerini tanımlar ve malzeme özeliklerini ortaya koyar.

Kristal yapı:

Atomların uzaydaki dizilim halleridir. Metaller, yarı iletkenler,seramikler ve polimerler oldukça düzgün atomik yapılara sahiptirler.Kristal yapı mekanik özellikleri etkiler.

12

Page 13: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

13

Tane yapı:

Aynı özellikte kristal yapıya sahip bölgeye tane denir. Taneyapısı metaller, seramikler, yarı iletkenler ve polimerlerdegörülürler. Tanenin yapısı şekli malzemelerin birçok fizikselve mekanik özelliklerinde etkilidir.

Faz:

Çoğu malzeme birden fazla faz içerir. Her faz kendine özgü atomik düzeneve özelliklere sahiptir. Bu fazların boyutlarının dağılımlarının kontrolü iletemel malzemenin özellikleri değişebilir Katı – sıvı – gaz ve plazmamaddenin dört hali yani fazlarıdır.

Page 14: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

1- METALLERMühendislikte kullanılan malzemelerin önemli bir kısmı metaller ve bu metallerin alaşımlardır.

Kristal yapıdadırlar.

Dayanımları yüksektir.

Kolay şekillendirilebilirler.

Toklukları yüksektir

Basınç dayanımları, çekme dayanımlarına yaklaşık eşittir.

Korozyon dayanımı genellikle düşüktür.

Yüksek elektrik ve ısı iletkenlikleri vardır.

Şeffaf değillerdir, ancak parlak görünüşe sahiptirler.

14Tokluk, kırılmaya karşı gösterilen dirençtir.

Page 15: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

Metalleri mühendislik alanlarındaki kullanımlarına göre genelleştirirsek iki gruptatoplayabiliriz.

1. Demir esaslı metal ve alaşımları (dökme demir ve çelikler)

2. Demir dışı metal ve alaşımları (alüminyum, magnezyum, bakır, titanyum, nikel, çinkove alaşımları)

15

Page 16: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

2- SERAMİKLER

Seramik, ısıl işlem görmüş inorganik, metalik olmayan bir katıdır.

Seramik malzemeler kristalimsi veya kısmen kristal yapılı olabilirler

veya amorf (örneğin cam) olabilirler. En yaygın seramikler kristal

olduğu için, seramik tanımı genellikle inorganik kristal malzemelerle

sınırlıdır. Isı ve elektriği iletmeyen malzemelerdir.

Örneğin: alüminyum bir metaldir ancak bunun oksidi olan Al2O3

seramiktir. Burada alüminyumun kolay şekillendirilebilir bir malzeme

olmasına karşın, oksidi kırılgandır ve kolay şekillendirilemez.

16

Page 17: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

SERAMİKLERİN KARAKTERİSTİĞİ

Dayanımları yüksektir ancak gevrek malzemelerdir ve kırılma toklukları düşüktür.

Erime sıcaklıkları yüksektir. Isıya dayanıklı refrakter malzeme olarak kullanılırlar (Soba, ocak ve fırınlarda)

Birçok ortamda kimyasal olarak kararlıdır.

Çekme dayanımları düşük, basma dayanımları yüksektir.

17

Page 18: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

3- POLİMERLER

Kovalent bağlarla elektronları ortaklaşa kullanan organik veya sentetik

malzemedir.

Günlük yaşamımızda ucuz ve kullanışlı birçok plastik malzeme (polimer) ile

karşılaşırız. Polimerler genellikle petrol türevi ürünlerden elde edilen

malzemelerdir. Yapılarında genelde C, H, O, N, S, bulunur.

Bu gruba giren malzemelerin yapısı, merlerin birleşerek uzun bir zincir

oluşturması (polimer) ve bu uzun zincirler birbirlerine zayıf ikincil bağlar veya

güçlü çapraz bağlar ile birleşmesi ile oluşur.

18

Page 19: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

POLİMERLERİN KARAKTERİSTİĞİ

Plastikler sünek, hafif ve ucuz malzemelerdir.

Yapılarındaki bağların karakterleri nedeniyle dayanımları düşüktür.

İkincil bağlar içeren türleri kolay şekillendirilebilirler, düşük sıcaklıkta yumuşarlar ve erirler.

Elektriksel olarak yalıtkandırlar.

19

Page 20: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

4- KOMPOZİTLER

Kompozitler (karma malzemeler) iki veya daha fazla malzemenin heterojen karışımlarıdır.

Kompozit malzemelerin çoğu istenilen özellikleri elde edebilmek için dolgu, güçlendirme

malzemesi ve bağlayıcı reçineler içermektedir.

20Heterojen; farklı bileşenlerden meydana gelen, homojen olmayan

Page 21: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

5- YARI İLETKENLER

Yarı iletken malzemeler ne iyi bir iletken, ne de

tam bir yalıtkandır. Elektronikte kullanılan çok

önemli malzemelerdir; çipler, işlemciler,

transistorler gibi elemanların üretiminde

kullanılır. Silisyum ve germanyum en yaygın

kullanılan yarı iletkenlerdir.

21

Page 22: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

6- BİYOMATERYALLER

Biyomateryaller, herhangi bir nedenle yaralanan/kaybolan doku/organ fonksiyonunu

geçici veya sürekli olarak yerine getiren, doğrudan kullanılan veya bu amaçla geliştirilen

sistemlerde yer alan materyallerdir. Biyomateryaller, sözü edilen kaybı karşılayacak

kimyasal, fiziksel, mekanik, vb. özelliklere sahip ve biyouyumu olmalıdır.

22

Page 23: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOMUN YAPISI Kimyasal Bağlar

23

Page 24: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOMUN YAPISI

Atom, bir elementin kimyasal

özelliklerini taşıyan en küçük yapı

taşıdır.

Maddenin yapı taşı olan atom

elektron proton ve nötronlardan

oluşur.

24

Page 25: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOM MODELLERİ

25

Atomun yapısının aydınlatılması

aşama-aşama gerçekleşmiştir.

Page 26: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MOL VE AVAGADRO

Bir mol miktarı, avagadro sayısı (N) kadar tane içeren anlamına gelmektedir.

Atomun kütlesi çok küçük olduğundan üzerinde işlem ve hesaplama

yapabilmede kullanmaya elverişli mol kavramı geliştirilmiştir.

6,02214199 × 1023 /mol

Avagadro Sayısı

602.214.199.000.000.000.000.000 /mol

Bu hesap için 12 g karbon atomu baz alınmış ve değer deneysel olarak

bulunmuştur. (International Bureau of Weights and Measures)

26

Page 27: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOMİK ORBİTALLER

Atomun yapısında bulunan

elektronların çekirdeğin etrafında

bulunma olasılıklarının fazla

olduğu bölgeler için orbital

tanımlaması yapılır.

27

Page 28: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ELEKTRONUN YERİ

Elektronun yerini deneysel metotlarla tespit etmek tam

olarak mümkün değildir. Heisenberg Belirsizlik İlkesine

göre, bir elektronun momentumu ve konumu aynı anda

tam doğrulukla ölçülemez. Bu sebeple elektronun

konumu ve orbitallerin yapısı dalga fonksiyonu

denklemleri ile hesaplanır.

28

Page 29: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

29

Duran dalga elektronların dalga fonksiyonunu açıklarken kullanılır. Düğüm noktalarını gösterir.

Orbital elektronların atom çekirdeği etrafındaki yörüngelerde bulunma

olasılığının en fazla olduğu hacimsel bölgelere denir.

Page 30: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

30

Page 31: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ORBİTAL PAKETLERİ s p d f

Her biri 2 elektron bulunduran orbitallerin bir araya gelerek oluşturdukları enerji

seviyelerine orbital paketleri ya da alt kabuk denir. Bu paketler s p d f olarak

adlandırılırlar. s de 1 orbital p de 3 orbital d de 5 orbital ve f de 7 orbital bulunur.

31

Page 32: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

AUFBAU

Aufbau kuramına göre elektronlar orbitalleri doldururken

öncelikle en düşük enerjili orbitallere yerleşme

eğilimindedirler. Çünkü elektronlar düşük entropide* kalmak

ister.

Elektronların bu dizilim sırasına Aufbau sıralaması denir.

32*entropi, bir sistemdeki rastgelelik ve düzensizlik miktarı olarak tanımlanır. Sembolü S'dir.

Page 33: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOM KUANTUM SAYILARI

Orbital elektronun kuantum sayıları ile belirlenen dalga fonksiyonudur. Elektronun

çekirdeğin etrafında hangi enerji düzeyinde bulunduğunu belirlemek için bu kuantum

sayı dizileri kullanılır.

33

Page 34: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

BAŞ KUANTUM SAYISI n

Baş kuantum sayısı elektronun bulunduğu kabuğu (yörüngeyi

tanımlar). K L M N O P Q olarak adlandırılan kabukların

kuantum sayıları olarak karşılıkları

n: 1 2 3 4 5 6 7 dir.

Periyodik cetvelin 7 periyodu (satırı) 7 kuantum sayısına karşılık gelmektedir.

34

Page 35: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

İKİNCİL KUANTUM SAYISI l

İkincil kuantum sayısı (açısal kuantum sayısı da denir) kabukta bulunan orbital

gruplarını (alt kabukları) tanımlar. s p d f olarak adlandırılan 4 çeşit orbital paketleri

vardır. İkincil kuantum sayısı olan ‘l’: s için 0; p için 1; d için 2 ve f için 3 değerini alır.

Açısal kuantum sayıları l: 0 1 2 3 alt kabukları (s p d f) yi temsil eder

35

Page 36: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

MANYETİK KUANTUM SAYISI ml

Mıknatıssal kuantum sayısı ml alt kabukta bulunan orbitalleri betimler. orbital paketinin

içerdiği orbital sayısına öre -3 -2 -1 0 1 2 3 değerlerini alabilir.

1 orbitalli s alt kabuğu için orbitaller Ѻ rakam değerleri 0

3 orbitalli p alt kabuğu için orbitaller Ѻ Ѻ Ѻ rakam değerleri -1 0 1

5 orbitalli d alt kabuğu için orbitaller Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ rakam değerleri -2 -1 0 1 2

7 orbitalli f alt kabuğu için orbitaller Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ Ѻ rakam değerleri -3 -2 -1 0 1 2 3

36

Page 37: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

SPİN KUANTUM SAYISI ms

Alt kabukta bulunan her orbitale en fazla 2 elektron girebilir. Bir orbitale giren iki elektron

karşın yünlü (spinli) olmak zorundadır. Spin kuantum sayısı Pauli Dışlama İlkesi uyarınca bu

karşıt dönmeyi simgelemek için ms: +1/2 ve -1/2 değerlerini alır.

37

Page 38: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ELEKTRON DİZİLİMİ

381s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p66f147d107f14

Page 39: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

SOY GAZLAR

Soy gazlar kararlı elementlerdir.

Tüm atomlar elektron transferleri

ve kovalent halleri ile soy gaz

elektron konfigürasyonuna

olabildiğince yaklaşmaya çalışır.

39

Page 40: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

40

Page 41: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

41

Page 42: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ATOMLAR ARASI BAĞLAR

Birincil atom bağları (kuvvetli bağlar):

İyonik bağlar

Kovalent bağlar

Metalik bağlar

İkincil atom bağları (zayıf bağlar): moleküller arası bağlardır. Hidrojen bağı, wan-der-waals

bağları, metalik-kovalent, metalik-iyonik gibi çeşitleri vardır. İki atom arası değil hali hazırda bağ

yapmış molekül haline gelmiş yapılar arası çekimdir.

42

Page 43: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

İYONİK BAĞLAR

Büyük elektronegatif atomlarla yine büyük

elektropozitif atomlar arası oluşan elektron

alışverişinden kaynaklı bağlardır.

43

Page 44: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

KOVALENT BAĞLAR

Ortaklaşım bağı da denir. Bu tanımdan da

anlaşılacağı üzere elektronlar yeteri kadar

yaklaşmış iki atom arası bulut üzerinde ortak

kullanılır.

44

Page 45: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

METALİK BAĞ

Metallerin kristal örgülerinde serbest elektronların

örgü içerisinde dolanabilmesi ile oluşur. Metaller

son yörüngelerindeki valans elektronlarını serbest

bırakarak iyon haline gelirler.

Burada, kovalent ve iyonik bağlardaki gibi merkezi

bir bağ söz konusu değildir. Metalik bağ, düzgün

pozitif iyon yığını ile bu yığını kuşatan elektron

denizi arasında ortaya çıkar.

45

Page 46: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

ELEKTRON KONFİGÜRASYONU

Elementlerin elektron konfigürasyonu Aufbau sırasına uygun bir şekilde yazılarak

periyodik cetveldeki konumu, hangi bloğa ait olduğu ve reaksiyonlarda elektron

alışveriş karakterleri hakkında bilgi edinilebilir. Bu bilgiler elementin ne tip bir bileşik

oluşturabileceği kararlılığı ve reaksiyona girme eğilimi konusunda aydınlatıcıdır.

Her elementin prizmadan geçen yansıma ışığı kendine özgü spektrum yarılım

çizgileri verir. Bu çizgiler elemenler için ayırt edicidir. Elektron konfigürasyonu

örneklerinde incelemeniz için atomların spektral çizgileri görsel olarak verilmiştir.

46

Page 47: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

47

1H: 1s1

1H+: 1s0

Evrendeki en küçük atom olan hidrojen var olan tek

elektronunu da kimyasal bir reaksiyon sonucu

kaybedince sadece çekirdek olarak kalır. Bu

sebepledir ki organik kimyada kendisinden proton

olarak söz edilir. Elektronunu vermiş hidrojen

sadece bir protondur (nötronu yoktur). s orbitali ile

bittiği için s bloğu elementidir.

n: 1 l: 0 ml: 0 ms: +1/2

Page 48: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

48

2He: 1s2

Helyum birinci kabukta 2 elektronu bulunan bir soy

gazdır. Birinci kabuk kapsamında sadece s orbitali

olduğundan ve bu orbital dolu olduğundan

kararlıdır. Kimyasal reaksiyon verme eğilimi çok

zayıftır (inert). 1. periyot s bloğu elementidir.

n: 1 l: 0 ml: 0 ms: +1/2

n: 1 l: 0 ml: 0 ms: -1/2

Page 49: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

49

20Ca: 1s22s22p63s23p64s2

20Ca2+: 1s22s22p63s23p64s0

Kalsiyum 4. periyot s bloğu elementidir. Var olan 2

değerlik elektronunu vererek 2+ katyon haline gelir.

n: 4 l: 0 ml: 0 ms: +1/2

n: 4 l: 0 ml: 0 ms: -1/2

Page 50: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

50

33As: 1s22s22p63s23p64s23d104p3

33As3-: 1s22s22p63s23p64s23d104p6

Antimon 4. kabukta s orbitallerinde 2 p

orbitallerinde 3 elektron barındırır. Bu P bloğu

elementi olduğunu ve 4. periyotta bulunduğunu

gösterir. Karlı yapı s2 p6 yapısıdır. Bu nedenle

reaksiyonlarda genellikle 3 elektron edinerek As3-

iyonu halini alır.

Page 51: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

51

26Fe: 1s22s22p63s23p64s23d6

26Fe2+: 1s22s22p63s23p64s03d6

26Fe3+: 1s22s22p63s23p64s03d5

Demirin yüksüz (atomik) elektron konfigürasyonu 4s2 3d6 ile

bitmektedir. Dizilimin d orbitali ile bitmesi elementin d

bloğunda bulunduğunu; en büyük baş kuantum sayısının 4

oluşu 4. periyotta oluşunu gösterir. En dıştaki kabuk 4

olduğundan ilk elektronlarını bu 4s orbitallinden verir. Fe3+

yapısı yarı dolu orbitallerden ötürü kararlıdır.

Page 52: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

52

24Cr: 1s22s22p63s23p64s13d5

24Cr2+: 1s22s22p63s23p64s03d4

24Cr3+: 1s22s22p63s23p64s03d3

Atomik kromum elektron konfigürasyonu beklenildiği gibi

4s2 3d4 ile bitmez. Bunun sebebi elektronların orbitallere

diziliminde Hund Kuralının uygulanması gerekliliğidir ve

yarı dolu hal orbitaller için tercih unsurudur. Elektronlar en

dış kabuktan verilir. 4. periyot d grubu elementidir.

Page 53: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

53

80Hg:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d10

80Hg2+:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s04f145d10

Hg2+ civanın atomik halden 2 elektron kaybetmiş

halidir. Bu uyarılmış hale gelebilmek için civa

elektronlarını en dış kabuğundaki s orbitallinden

vermiştir. Civa 6 periyot d grubu elementidir.

Page 54: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

54

47Ag:1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10

47Ag+:1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d10

47Ag2+:1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d9

5 periyot d grubu elementi olan gümüş atomik halde yarı

dolu orbital dizilimiyle kararlı haldedir. elektron

konfigürasyonundan da görüldüğü gibi Ag+ Ag2+ ya göre

daha kararlıdır. Yine söz konusu olan yarı dolu

orbitallerdir.

Page 55: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

55

50Sn:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p2

50Sn2+:1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d105p2

Kalay 5 periyot p grubu elementidir. +2 ve +4 katyon

halleri mevcuttur.

Sn2+ son yörüngedeki elektronların kuantum sayılarını

yazarsak..

5p2 deki 2 elektrondan biri için n:5 l:1 ml:-1 ms:+1/2

diğeri için n:5 l:1 ml:0 ms:+1/2

Page 56: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

56

29Cu:1s22s22p63s23p64s13d10

29Cu+:1s22s22p63s23p64s03d10

29Cu2+:1s22s22p63s23p64s03d9

Bakır elementi de 4s2 3d9 diziliminden ziyade 4s1 3d10

yarı dolu kararlı hal dizilimi sergiler. Yine bir elektron

vererek kararlığını korur. Cu2+ hali daha kararsız bir

konfigürasyondur. 4 periyot d grubu elementidir

Page 57: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

57

22Ti:1s22s22p63s23p64s23d2

22Ti2+:1s22s22p63s23p64s03d2

Titanyum 4. periyot d grubu elementidir. Reaksiyonlarında son

kabuktaki 2 elektronunu vererek 2+ katyonunu oluşturur.

3d orbitalleri için kuantum sayılarını yazarsak buradaki 2 elektronun

n: 3 l: 1 ml: -2 ms: +1/2

n: 3 l: 1 ml: -1 ms: +1/2

Page 58: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

58

8O:1s22s22p4

8O2-:1s22s22p6

Oksijen dizilimde p orbitali ile bittiği için

p bloğu elementidir ve 2. periyottadır. 2

elektron daha alarak s2p6 kararlı yapısına

ulaşmaktadır.

Page 59: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

59

92U:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f4

92U2+:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s05f4

Uranyum 2+ katyonu olarak reaksiyon verir. 7. periyot f grubu elementidir. Radyoaktiftir.

n: 5 l: 3 ml: -3 ms: +1/2

n: 5 l: 3 ml: -2 ms: +1/2

n: 5 l: 3 ml: -1 ms: +1/2

n: 5 l: 3 ml: 0 ms: +1/2

Page 60: INS211 Malzeme Bilimi - BEUN · 2020. 3. 10. · MALZEME NEDİR? 6 Kullanılabilir cisimler yapmak amacı iledoğal ya da yapay olarak üretilmiş maddelere malzeme denir. Milattan

60

25Mn:1s22s22p63s23p64s23d5

25Mn2+:1s22s22p63s23p64s03d5

25Mn4+:1s22s22p63s23p64s03d3

Mangan sıklıkla 2+ ve 4+ katyonları olarak

görülür. 4. periyot d grubu elementidir.