F r - Uludağ Üniversitesi | İnşaat Mühendisliği Bölümü

Report
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.
3. Metalik Bağ
Metal atomları biri birine
yaklaştığında son
yörüngelerindeki enerji bantları
biri birinin içine girer ve
serbest elektronlar bu
bantlarda hareket edebilirler.
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
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.
1.
Elektron paylaşımı üzerine kurulur. Elektronlar
tüm atomlar arasında paylaşılır.
2.
Bağ yönsüzdür.
3.
Yüksek ısı ve elektrik iletkenliklerine sahiptir.
4.
Orta seviyede düşük ergime sıcaklıklarına
sahiptirler.
5.
En zayıf kuvvetli bağdır.
6.
Düşük elektronegatiflikli atomlar arasında
oluşur.

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.
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
VAN DER WAALS BAĞLARI
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.
VAN DER WAALS BAĞLARI
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.
VAN DER WAALS BAĞLARI
Metaller: Metalsel bağlar
 Seramikler: Iyonsal / Kovalent bağlar
 Polimerler: Kovalent ve zayıf bağlar
 Yarı iletkenler: Kovalent / Iyonik bağlar

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
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.
Çekme (+)
x0
Fa(x): Çekme kuvveti
Ft(x): Bileşke kuvvet
Kuvvet
Şekilde
görüldüğü gibi
(Fç-x eğrisi)
parabol
biçimindedir.
Çekme kuvveti
uzaklık arttıkça
azalır ve sonsuzda
0 olur.
Basınç (-)
Zıt işaretli iyonlar
arası çekme
kuvveti Fç, x
uzaklığının karesi
ile ters orantılıdır.
Fr(x): İtme kuvveti
x,Atomlar arası uzaklık
Çekme (+)
x0
Fa(x): Çekme kuvveti
Kuvvet
Ft(x): Bileşke kuvvet
Basınç (-)
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.
Fr(x): İtme kuvveti
x,Atomlar arası uzaklık
Çekme (+)
x0
Fa(x): Çekme kuvveti
Kuvvet
Ft(x): Bileşke kuvvet
Basınç (-)
Fç ve Fi
kuvvetleri eşit
olduğu veya F
bileşke kuvvetin
sıfır olduğu x=a
uzaklığı atomlar
arası uzaklık
olarak
tanımlanır.
Fr(x): İtme kuvveti
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.
E 
 Fdx
atomik sistemler için
x
En 
 Fdx

x0
En 
 (F
a
 F r ) dx

En  Ea  Er
burada En, Ea, Er iki izole ve
bitişik atom için net, çekme ve
itme enerjileridir.
@ x  x0
x0
Eb 
 Fdx

Eb (bağ enerjisi) iki atomu
ayırabilmek için gerekli olan bağ
enerjisini ifade eder.
Eb


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.
2. İyonsallık: Elektropozitif bir (Fe+2) atomu nötr bir (Fe)
atomundan daha küçük yarıçapa sahiptir
1.
Benzer şekilde
elektronegatif
(O-2) atomu nötr
(O) atomundan
daha büyük
yarıçapa sahiptir.
3. Çevreleyen atomlar: Bağı çevreleyen
atomların sayısı arttıkça, elektronlar tarafından
geliştirilen itme kuvvetinin neticesi olarak
atomlar arası uzaklık artar.
4. 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.
Örnek :
r: Atomlar arası mesafe, nm (*10-9 m)
A
rm
U=
B
rn
+
[J]
A: -7.2 * 10-20 [J (nm)2]
B: 9.4 * 10-25 [J (nm)10]
m = 2, n = 10
U=
-7.2 * 10-20
+
r2
9.4 * 10-25
r10
Bağlar çok kararlıyken r0 bulunuz?
Enerji minimumdur
Net enerjiyi hesaplayınız?
dU
dr
=0
U = A r-m + B r-n
dU
dr
= -m A r-m-1 – n B r-n-1
dU
dr
= -2 * (-7.2*10-20) * r-3 – 10*(9.4*10-25)*r-11 = 0
14.4*10-20
9.4*10-25
=
3
r
r11
Umin
-7.2*10-20
=
(0.299)2
+
→
9.4*10-25
(0.299)10
r8 = 6.53*10-5
r = 0.299 nm
= -6.40*10-19 [J]

similar documents