ders 2.ppt

İNŞAAT MALZEMELERİ
DOÇ.DR. Başak MESCİ OKTAY

Katı cisimlerin iç yapısı
 Malzemeler kendilerinden bir şeyler
oluşturulan veya yapılan maddelerdir.
 Uygarlığın başlangıcından beri
malzemeler enerji ile birlikte insanın
yaşama standardını yükseltmek için
kullanılmıştır.

 Malzeme bilimi ve malzeme mühendisliği
temel bilimler ile mühendislik disiplinleri
arasında bir malzeme bigisi köprüsü
oluşturur.
 Malzeme bilimi birinci derecede
malzemeler hakkındaki temel bilgileri
araştırır, malzeme mühendisliği ise bu
malzemeler hakkındaki uygulamalı
bilgilerle ilgilenir.

Çevremizde bulunan ve yaygın
olarak kullanılan malzemelere
örnek olarak,
 Ağaç,
 Tuğla,
 Beton,
 Plastik,
 Cam,
 Çelik,
 Alüminyum
 Bakır,
 Kağıt
sayılabilinir.

 Bu malzemelerin yanı sıra sürekli
araştırma ve geliştirmelerin sonucunda
gün geçtikçe yeni malzemeler
üretilmektedir.
 Malzemelerin üretilmesi ve kullanılabilir
ürün haline getirilmesi bugünkü
ekonomimizin büyük bir kısmını
oluşturmaktadır.
 Ürünlerin ve bunların üretilmeleri için
gerekli yöntemlerin çoğu mühendisler
tarafından tasarlanmaktadır.

Üretimde malzeme kullanıldığından;
 uygulama için en uygun malzemenin
seçilmesi,
 ve bunu işlemek için en uygun yöntemin
belirlenebilmesi,
mühendislerin malzemelerin iç yapısı ve
özellikleri hakkında bilgi sahibi olmalarını
gerektirir.

 Bütün mühendisler malzemelerle günlük
olarak ilgilenmek zorundadırlar
 Malzemeler üretilir ve işlenir.
 Malzemeler kullanılarak parçalar veya
yapılar tasarlanır ve yapılır.
 Malzemeler seçilir.
 Malzemelerin hasar analizi yapılır.

MALZEME TÜRLERİ
 Malzemeler;
 Metaller
 Seramikler,
 Polimerler,
 Kompozit malzemeler olmak üzere dört
grupta işlenecektir.

Malzemelerin uygulama alanları ve özellikleri
ile ilgili örnekler
METALLER
Uygulamalar Özellikler
Bakır Elektrik tel iletkeni Yüksek elektrik iletkenliği
ve şekillendirilebilirlik
Gri dökme demir Otomobil motor
blokları
Dökülebilirlik, işlenebilirlik,
titreşimi azaltma
Fe-%3 Si Motorlar ve
jenaratörler
Mükemmel mıknatıslanma
özellikleri
Alaşımlı çelikler Vidalar Isıl işlemle iyi mukavemet
kazanır.

Malzemelerin uygulama alanları ve özellikleri ile ilgili
örnekler
SERAMİKLER
SiO2-Na2O-CaO Pencere camları İyi optik özellikler ve ısı
yalıtımı.
Al2O3, MgO, SiO2 Ergiyik metaller için
refrakterler
Isı yalıtımı, yüksek ergime
sıcaklığı, ergiyik metale
karşı nispeten asal
davranış.
Baryum titanat Stereo kayıtlar için
ileticiler
Sesi elektriğe çeviren
piezo elektrik davranışlar
Alaşımlı çelikler Vidalar Isıl işlemle iyi mukavemet
kazanır.

POLİMERLER
Polietilen Yiyecek paketleme İnce, kolaylıkla
şekillendirilip katlanabilen
hava geçirmez film.
Epoksi Tamamlanmamış
devrelerin izolasyonu
İyi elektrik yalıtkanlığı ve
neme direnç
Fenoller Yat limanları için
kullanılan
kontraplakların
yapıştırılması
Dayanım ve neme direnç

KOMPOZİTLER
Grafit-epoksi Uçak parçaları Ağırlığa göre yüksek
dayanım
Tungsten karbür-
kobalt
İşleme için karbürlü
kesme takımları
Yüksek sertlik ve iyi darbe
direnci
Titanyumla
kaplanmış çelik
Reaktör kapları Korozyona karşı iyi direnç
ile birlikte çeliğin yüksek
dayanımı ve düşük
maliyeti

METALLER
 Bu malzemeler bir veya daha fazla metalik
elementten meydana gelen ve bazı metalik
olmayan elementleri de içeren organik
olmayan maddelerdir.

 Bu malzemelere genel olarak;
 Çelik,
 aluminyum,
 magnezyum,
 çinko,
 dökme demir, titanyum, bakır, nikel ve diğer pek
çok metal ve alaşımları verilebilinir.Bu
malzemeler;
 iyi elektrik ve ısı iletkenliğine,
 nispeten yüksek dayanım, rijitlik,
şekillendirilebilirlik, ve
 darbe direncine sahiptir.

 Bu malzemeler özellikle yapı ve yük
taşıma uygulamaları için kullanışlıdır.
 Saf metaller nadiren kullanılmakla birlikte
alaşım adı verilen metal karışımları
istenilen şekilde belirli bir özellikte iyileşme
sağlamak için tasarlanır.

 Metalik malzemeler içinde karbon, azot, ve
oksijen de bulunabilir. Metaller atomların
düzenli bir şekilde yer aldığı kristal bir
yapıya sahiptir.

SERAMİKLER
 Seramik malzemeler kimyasal olarak birbirine bağlı
metalik ve metal olmayan elementlerden oluşa,
organik olmayan malzemelerdir.
 Seramik malzemelerin çoğu yüksek sertliğe ve
yüksek sıcaklık dayanımına sahiptirler.
 Süneklikleri, şekillendirilebilirlikleri, ve darbe
dayanımları zayıftır ve bu özellikleri sebebiyle yapı
ve yük taşıma uygulamalarında metallerden daha az
kullanılırlar.

Pek çok seramik;
 belirli korozif şartlara ve
 yüksek sıcaklıklara karşı mükemmel bir
dirence
 ve alışılmışın dışında optik,
 elektrik, ve
 ısı özelliklerine sahiptir.

POLİMERLER
 Polimer malzemelerin çoğu organik(
karbon içeren) uzun molekül zincirlerine ve
ağlarına sahiptir.
 Yapısal olarak polimer malzemelerin çoğu
kristalli değildir fakat bazılarında kristalli ve
kristalsiz bölgeler beraberce
bulunabilmektedir.
 Polimer malzemelerin dayanım ve
sünekliği büyük değişiklikler
göstermektedir.

 Bazı polimerler(termoplastikler)
mükemmel süneklik, şekillendirilebilirlik ve
darbe dayanımına sahip iken diğer
polimerler ise zıt özelliklere sahiptirler.
 Polimerler düşük elektrik ve ısı iletkenliği
ile düşük dayanıma sahiptirler.
 Yüksek sıcaklıklarda kullanılmaya uygun
değildirler.

KOMPOZİT MALZEMELER
 Kompozit malzemeler
iki veya daha fazla
malzemeden üretilir
ve bir malzemeden
elde edilemeyen
özellikleri sağlar.
 Bu malzemelerle
hafif, sağlam, sünek
ve yüksek sıcaklığa
dayanıklı malzemeler
üretilebilir.

ÖRNEK 1:
 Kapalı bir elektronik devre içerisindeki parçalar
arasında akım taşıyacak bir malzeme seçilmek
isteniyor. Hangi malzemeler seçilebilir?

CEVAP 1:
 Akımı taşıyacak malzeme yüksek bir elektrik
iletkenliğine sahip olmak zorundadır. Bu sebeple
metal bir tel seçmek uygun olacaktır. Bakır,
aluminyum, altın veya gümüş olabilir.
 Bunun yanında metal tel kısa devre veya arkı
önlemek için elektronik devrenin geri kalan
kısmından yalıtılmış olması gerekir.
 Seramik mükemmel bir yalıtkan olmakla birlikte
kırılgandır. Seramik kaplamalı tel kırılmaksızın
bükülemez. Bunun yerine iyi yalıtkan özellikli
sünek polimer veya plastik kaplama seçilebilir.

ÖRNEK 2
 Kahve bardağı yapmak için hangi malzeme
kullanılır? Hangi özelliklerinden dolayı bu
malzeme uygun olabilir?

 Kahve bardakları seramik veya plastik
malzemelerden yapılır.
 Seramikler ve polimerlerin her ikisi de düşük ısı
iletkenliklerinden dolayı mükemmel ısı
yalıtkanlığına sahiptirler. Atılabilir polistren kahve
bardakları bu amaç için uygun olabilir. Çünkü bu
malzeme yalıtkanlığı sağlayan gaz
kabarcıklarına sahiptir.
 Metal malzeme nadiren kullanılır. Çünkü yüksek
ısı iletkenliği ısı transferini sağlar ve bardak
elimizi yakabilir.


YAPI- ÖZELLİK- İŞLEM İLİŞKİLERİ
 Parçanın beklenen ömrü içerisinde
görevini yerine getirmesi için uygun şekil
ve özelliklere sahip olacak şekilde
üretilmesi gereklidir.

 Malzeme mühendisleri,
 malzemenin iç yapısı,
 Malzeme işlemleri,
 Ve malzemenin son özellikleri arasındaki
karmaşık üçlü ilişkiyi göz önüne alarak bu
ihtiyaçları karşılarlar.

ÖZELLİKLER
 Malzemelerin özellikleri,
 Mekanik
 Fiziksel olarak iki grupta toplanabilir.

MEKANİK ÖZELLİKLER
 uygulanan yük veya gerilmeye karşı
malzemenin nasıl davrandığını gösterirler.
 Gerilme, kuvvetin etki ettiği kesit alana
bölünmesi olarak tanımlanır.

Yaygın olarak bilinen mekanik
özellikler;
 Dayanım
 Süneklik
 Malzemenin bükülmezliğidir.Buna karşın
malzemenin
 Ani yük(darbe);
 Devamlı değişen bir yük ( yorulma)
 Yüksek sıcaklıktaki yük altında (sürünme)
veya aşınma şartlarında nasıl davranacağı
da önemlidir.

 Mekanik özellikler sadece malzemenin kullanımı
sırasındaki performansının iyi olması için değil,
aynı zamanda malzemenin şekillendirilme işlemi
sırasında kolay şekillendirilebilmesi açısından da
önem taşır.
 Dövme ile şekillendirilmiş metal bir parça,
şekillendirilme esnasında hızla uygulanan
kuvvetlere karşı kırılmaksızın dayanmak
zorundadır.

 Aynı zamanda da yeterince yüksek bir
sünekliğe sahip olmak zorundadır.
 Genellikle yapı içerisinde küçük bir
değişiklik malzemenin mekanik özellikleri
üzerinde olumsuz bir etki yaratabilir.

FİZİKSEL ÖZELLİKLER
 Elektrik
 Manyetik
 Termal,
 elastik ve
 Kimyasal davranışları içerir.

 Fiziksel özellikler;
 Malzemenin hem gördüğü işleme hem de
iç yapısına bağlıdır.
 Kompozisyondaki çok küçük bir değişiklik
bile yarı iletken metaller ve seramiklerin
elektrik iletkenliklerinde çok büyük
değişiklikler yapabilir.

 Yüksek kullanım sıcaklıkları, seramiklerin
ısı yalıtma özelliklerini oldukça düşürebilir.
 Küçük miktardaki kalıntılar cam veya
polimerin rengini değiştirebilir.

ÖRNEK:
 Bir uçak kanadı için malzeme seçi,mi
düşünüldüğünde temel mekanik ve fiziksel
özellikler neler olmalıdır?

CEVAP:
 İlk olarak mekanik özelliklere bakıldığında
kanatlar üzerinde etkiyen kuvvetleri
kaldıracak yüksek dayanıma sahip bir
malzemenin gerekliliği görülür.
 Kanadın çevrimsel ( değişken) kuvvet
değerlerine ve titreşimlere maruz kaldığı
bilinmelidir.

 Bu durum yorulma özelliklerini önemli hale
getirir.
 Genellikle burada ani yükleme, yüksek
sıcaklıklar (sürünme) ve aşınma şartlarıyla
karşılaşılmaz.
 Önemli fiziksel özellikler ise yoğunluk ve
korozyon direncidir.
 Sonuç olarak kanat mümkün olduğu kadar hafif
olmalıdır ve bu nedenle de seçilen malzemenin
yoğunluğu düşük olmalıdır.

Malzeme özelliklerinin tipik
örnekleri
a) Mekaniksel özellikler
1.Sürünme
sürünme hızı
gerilme-kopma özellikleri
2.Süneklik
% uzama
%kesit daralması

3. Yorulma
dayanım sınırı
yorulma ömrü
4. Sertlik
çizilme direnci
aşınma oranı
5. Darbe
Emilen enerji
Tokluk
geçiş sıcaklığı
6. Dayanım
elastikiyet modülü
çekme dayanımı
akma dayanımı

B. FİZİKSEL ÖZELLİKLER
1.Kimyasal
Korozyon
saflaştırma
2.yoğunluk(özgül ağırlık)
3.Elektriksel
iletkenlik
yalıtkanlık
ferroelektrik
piezoelektrik

4. Manyetik
ferrimanyetik
ferromanyetik
paramanyetik
5.Optik
emme
renk
kırınım
lazer davranışı
fotoiletkenlik, yansıma, kırılma, iletme

6.Isıl
ısıl kapasite
ısıl iletkenlik
ısıl genleşme

YAPI
 Malzemenin yapısı farklı düzeylerde
düşünülebilir. Bunların hepsi son ürünü
doğrudan etkiler.
 En küçük düzeyde malzemeyi meydana
getiren bireysel atomların yapısı söz
konusudur.

 Atom çekirdeğini kuşatan elektronların
dizilimi elektrik, manyetik, ısıl ve optik
davranışları ile beraber korozyon direncini
de önemli ölçüde etkiler.
 Elektronik dizilme atomların birbirine nasıl
bağlanacağını etkilediği gibi metal,
seramik, veya polimer gibi malzemelerin
tipinin belirlenmesine yardım eder.

 Bir sonraki düzeyde uzayda atomların
dizilmesi dikkate alınır. Metaller pek çok
seramik ve bazı polimerler kristal yapıya
sahiptir. Kristal yapı ;
 süneklik,
 dayanım ve
 darbe direnci gibi metallerin mekanik
özelliklerini belirler.

 Bazı seramik malzemeler ile çoğu
polimerlerin atomik dizilmeleri düzensizdir.
Bu amorf veya camsı malzemeler kristal
malzemelerden çok farklı davranış
gösterirler.
 Örneğin camsı polietilen saydam iken
kristal polietilen yarı saydamdır.
 Atomik dizilmede genelde hata vardır.Bu
hatalar malzeme özelliklerinde büyük
değişiklik lere sebep olurlar.

 Pek çok metalde, seramiklerde ve nadiren
polimerlerde tane yapısı bulunmaktadır.
Taneler arasında atomik dizilme
yönlenmeleri değiştirir. Bu da özellikleri
etkilemektedir.
 Tanelerin büyüklüğü, şekli etkendir.

 Son olarak pek çok malzemede her biri
kendine özgü özellik ve atom dizilmesine
sahip birden fazla faz bulunmaktadır. Ana
malzeme içerisinde bu fazların tipi,
büyüklüğü, dağılımı, ve miktarının kontrolü
özelliklerinin kontrol edilmesine ilave
imkanlar sağlar.

İŞLEM
 Malzeme işlemleri başlangıçta şekilsiz
olan malzemeden arzu edilen şekle sahip
parça üretmek için uygulanır.

Metaller;
 sıvı metal bir kalıba doldurularak( döküm),
 ayrı metal parçaları birleştirilerek ( kaynak,
lehimleme)
 yüksek basınç kullanmak suretiyle( dövme,
çekme, haddeleme, eğme)
 Katı metal kullanışlı şekle biçimlendirilerek,
 Çok küçük metal tozları katı bir kütle olarak
sıkıştırılarak (toz metalurjisi) veya
 Fazlalık malzeme yüzeyden uzaklaştırılarak (talaş
kaldırma) işlenebilirler.

Seramikler;
 Benzer şekilde seramik malzemeler de
sıvı durumda iken, döküm, biçimlendirme,
sıkıştırma gibi işlemler kullanılarak ve
yüksek sıcaklıkta ısı işlemle sıvı itilerek ve
yapıyı oluşturan ayrı elemanlar bir araya
getirilerek bağlanmaları suretiyle
şekillendirilebilirler.

Polimerler,
 Yumuşak plastik kaplara enjekte edilerek (
döküm)
 Çekerek ve biçimlendirilerek üretilir.
 Malzemeler yapıda arzu edilen değişiklikleri
sağlamak için genellikle ergime sıcaklığının
altındaki sıcaklıklarda ısıl işlem görürler.
 Kullanılan işlem tipi en azından kısmen
özelliklere ve bu nedenle de malzemenin esas
yapısına bağlıdır.

 Bir malzemeye uygulana işlem malzemenin
yapısını etkilemektedir.
 Bakır çubuk plastik biçimlendirme yerine döküm
yoluyla üretiliyorsa bakır çubuğun yapısı
farklıdır.
 Tanelerin şekil boyut ve oryantasyonları (
yönlenmeleri) farklı olabilir.
 Döküm yapısı çekme ve gaz kabarcıklarından
dolayı boşluklar içerebilir ve metal olmayan
kalıntılar parçanın içinde kalabilir.

 Biçimlendirilmiş malzemede ise uzatılmış metal
olmayan parçacıklar ve atomik dizilmede hatalar
olabilir. Bu nedenle yapı ve bunun sonucu olarak
dökümün son özellikleri biçimlendirilerek elde
edilmiş üründen farklıdır.
 Diğer taraftan orijinal yapı ve özellikler arzulanan
şekli oluşturmak için malzemenin nasıl
işlenebileceğinin belirlenmesini sağlar.

 Büyük çekme boşluklar içeren döküm
malzemeler işlem aşamaları sırasında
çatlamalara neden olabilir.
 Yapıda düzensizlikler oluşturarak
mukavemetlendirilmiş alaşımlar gevrekleşir ve
biçimlendirme sırasında kopar.
 Metalde uzamış taneler biçimlendirmede uniform
olmayan şekillere neden olabilir. Termoplastik
polimerler kolayca biçimlendirilebilirken termoset
plastikler biçimlendirilemez.

Malzeme davranışları üzerine
çevre etkileri
Yapı- özellik- çevre ilişkisi malzemenin
maruz kaldığı çevre tarafından da etkilenir.
Bu etkiler;
 Yükleme
 Sıcaklık
 Atmosfer
 Korozyon
 Radyasyon

Yükleme
 Malzeme üzerine etki eden kuvvet veya yük tipi
malzemenin davranışını etkin biçimde
değiştirebilir.
 Malzeme normal olarak akma dayanımının
üzerindeki yüklemelerde kalıcı şekil değişikliğine
uğrar. Malzemenin boyutlarında oluşan kalıcı
şekil değişikliği en kritik özelliktir.
 Genellikle bir makine elemanının tasarımında
akma dayanımı önemli bir noktadır.

 Buna karşın yüksek akma dayanımı
sergileyen bir malzemeye
 tekrarlı (yorulma)
 Ani (darbe) yükleme uygulanıyorsa
oldukça düşük yüklemelerde dahi
kolaylıkla hasara uğrayabilir.
 Mühendisler malzemenin maruz kaldığı
yükleme tipini dikkate almak zorundadır.

Sıcaklık
 Sıcaklıktaki değişmeler malzemenin özelliklerini
çarpıcı şekilde değiştirir.
 Pek çok malzemenin mukavemeti sıcaklık
yükselirken azalma gösterir. Dahası kritik
sıcaklıklar üzerine ısıtıldığında ani ve çok önemli
değişikler olabilir.
 Belirli ısıl işlemler veya biçimlendirme
teknikleriyle mukavemetlendirilmiş metaller,
ısıtıldıklarında mukavemetlerini çabucak
kaybedebilirler.

 Çok düşük sıcaklıklar, çok düşük
yüklemelerde bile bir metalin gevrek bir
tarzda kopmasına neden olabilir.
 Yüksek sıcaklıklar seramiklerin yapısını
değiştirebilir
 Polimerlerin ergimesine veya
kömürleşmesine neden olabilir.

Atmosfer
 Çoğu metaller ve ve polimerler, özellikle yüksek
sıcaklıklarda oksijen veya diğer gazlarla
reaksiyona girer.
 Metaller ve seramikler olağanüstü ayrışma veya
kimyasal etkileşime uğrarken bazıları korunabilir.
Polimerler genellikle sertleşir, polimerlikleri
bozulur, kömürleşir veya yanar.
 Çelikler hidrojenle reaksiyona girer ve
gevrekleşir.

Korozyon
 Metaller çok çeşitli korozif sıvıların hücumuna
uğrarlar.
 Metal zamanından önce kopmaya neden
olabilecek şekilde uniform olarak veya kısmen
korozyona uğrayabilir.
 Çatlak meydana getirebilir.
 Küçük oyuklar oluşturabilirler.
 Çözücüler polimerleri çözerken seramikler de
diğer sıvı seramikler tarafından etkilenebilir.

Radyasyon
 Nükleer reaktörlerde nötron üretimi gibi
yüksek enerjili radyasyonlar, dayanımda
azalma, kırılma, veya fiziksel özelliklerde
değişmeye neden olacak şekilde bütün
malzemelerin iç yapılarını etkileyebilir.
 Dış boyutlar şişkinlik hatta çatlak
oluşturacak şekilde değişim gösterebilir.

ÖRNEK:
 Bir kaynak işlemiyle titanyum
kaynaklanırken hangi önlemlerin alınması
gereklidir?

CEVAP:
 Kaynak esnasında titanyum yüksek bir sıcaklığa
kadar ısıtılır.
 Yüksek sıcaklık titanyumun yapısında zararlı
değişikliklere neden olabilir.Hatta metalin
özelliklerinin elde edildiği bazı
mukavemetlendirme mekanizmalarını yok
edebilir.
 Titanyum yüksek sıcaklıklarda oksijen, hidrojen,
ve diğer gazlarla hızlı bir şekilde reaksiyona
girebilir.
 Kaynak işleminin atmosferden koruyucu gaz
altında minimum ısı verilerek yapılması gerekir.
 Argon gibi özel gazlar veya vakuma ihtiyaç
duyabilir.

Ağırlığa göre dayanım oranı
(özgül dayanım)
 Malzeme tasarımı veya seçiminde malzemenin
yoğunluğu veya birim hacim ağırlığı
düşünülmelidir.
 Aluminyumun her kilogramı çelikten daha pahalı
olabilir.
 Fakat aluminyum her hacimdeki çeliğin üçte biri
ağırlığına sahiptir. Ağırlık farkından dolayı
aluminyumdan yapılmış bir parça çelikle
yapılmış olandan daha ucuz olabilir.
 Buna karşın aluminyum çelik gibi aynı yükü
taşıyabilir.
 Dayanımda ağırlık değil, kesit alanı esas alınır.

1. ATOM YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
 Malzemelerin
özellikleri
malzemelerin iç
yapısına bağlı olarak
değişir.Uygulanacak
işlemler sonucu
özelliklerde meydana
gelecek değişiklikler
tamamen iç yapı ile
açıklanabilir.

 Atomlar merkezlerinde bir çekirdek ile onu
çevreleyen elektronlardan
oluşur.Çekirdekteki;
 Protonlar artı elektriksel yüklü
 Nötronlar yüksüz
 Elektronlar ise eksi yüklüdür.
 Nötr bir atomda elektronların sayısı
protonların sayısına eşittir.Böyle bir
durumda elektriksel yük sıfırdır.

 Karbon elementinin şematik atom yapısı;
Nötron sayısı:6 proton sayısı :6
10-7
10-11

 Basit bir atom modeline göre;
 Yaklaşık 10-14 m çapında bir çekirdek
etrafında değişen yoğunlukta , ince,
dağılmış, elektron bulutu bulunmaktadır.
 Atom 10-10 m çapa sahiptir. Çekirdek
atomun hemen hemen bütün kütlesini
oluşturmaktadır ve nötron ve protonlardan
meydana gelmektedir.

 Elektron yükü bulutu hemen hemen
atomun bütün hacmini,
 fakat çok küçük bir kütlesini oluşturur

Elektronlar, özellikle dış yörüngedekiler,
atomun
 Elektriksel
 Mekanik
 Kimyasal
 Isıl
Özeliklerini belirlediğinden atom
yapısının bilinmesi mühendislik
malzemelerini incelemede önem taşır

ATOM NUMARASI
 Bir atomun atom numarası, çekirdeğindeki
protonlarının (+yüklü) sayısını verir veya
yüksüz bir atomda elektronlarının sayısına
eşittir. Her elementin atom sayısı farklıdır.

ATOM KÜTLESİ
 Bir elementin atom kütlesi, o atomun çekirdeğini
oluşturan proton ve nötron sayıları toplamına
eşittir.
 Bir mol (bir gram atom) elementte Avagadro
Sayısı kadar atom bulunur. Avagadro sayısı 6.02
x1023 atom/mol olup bir mol içindeki atom ve
moleküllerin sayısını ifade eder.
 Örneğin alüminyumun bir gram molu 26.98g
kütleye sahiptir ve 6.023x1023 atom içerir.

 Atom kütle birimi gram/mol’dür.
 Ayrıca amu (atomic mass units) atom
kütle birimi olarak da kullanılır. (bir karbon
kütlesinin 1/12 kadardır.)
 1 gram / mol =1 amu)

ÖRNEK:
 a) Bir bakır atomunun gram cinsinden
kütlesi nedir?
 b) 1gr bakırda ne kadar bakır atomu
bulunur?

CEVAP:
a)Bakır atomunun kütlesi 63.54
gram/mol’dür.Yani 63.54 gram atomda
6.02 x 1023 adet bakır atomu
bulunmaktadır.Bir gram atomdaki atom
sayısı şöyle hesaplanır:

63.54 g/mol Cu/
6.02 x 1023atom/mol
=
X g Cu
1 atom
X= 1 Cu atomunun kütlesi
X= 1.05x10-22g

b) 1 g bakırdaki bakır atomlarının sayısı
6.02x1023 atom/ mol
63.54g/mol Cu
=9.47x1021 atom
X Cu atomu
=
1 g Cu

2. ATOMUN ELEKTRONİK YAPISI
 Elektronlar atom çekirdeği çevresinde belirli
yörüngeler üzerinde sürekli hareket
halindedirler ve belirli enerji düzeyine
sahiptirler.
 Elektronlar çekirdek etrafına yerleşirken önce
en düşük enerji düzeyini doldururlar, sayıları
arttıkça sırası ile daha dıştaki enerji
düzeylerini işgal ederler.
 Bir enerji düzeyinde en fazla iki elektron
bulunur ve bunların eksenleri etrafında
dönme yönleri zıttır.

HİDROJEN ATOMU
 Hidrojen atomu bir protondan oluşan çekirdeğin
etrafını çeviren elektronla en basit atomdur.
 Hidrojen elektronunun, çekirdeğin etrafında
bulunabileceği belirli yörüngeleri (enerji
düzeyleri) vardır.
 Elektronların sınırlı enerji değerlerine sahip
olmalarının nedeni, sadece belirli enerji
değerlerine izin veren kuantum mekaniği
yasalarına uymalarıdır.

 Buna göre bir hidrojen elektronu daha
yüksek bir yörüngeye (enerji düzeyine)
uyarılacak olursa, belirli miktarda enerji
soğuracaktır.
 Elektron daha alttaki bir enerji düzeyine
düştüğünde de yine belirli miktarda enerji
açığa çıkaracaktır.

 Bir enerji düzeyinde
bulunan bir elektrona
yeterli enerji verilirse,
boş bir üst enerji
düzeyine atlayabilir.
 Örneği E1enerji
düzeyinde kararlı
bulunan bir elektronu
E2enerji düzeyine
yükseltmek için
verilmesi gereken enerji
 ΔE=E2-E1kadardır.
(a)

 Ancak, E2düzeyinde
elektron kararsız
olduğundan burada
sürekli kalamaz.
 Tekrar E1düzeyine
iner ve inerken
aldığı ΔE enerjisini
elektromanyetik
radyasyon halinde
çevreye yayar.
(b)

 (a) Daha yüksek bir yörüngeye uyarılan
hidrojen elektronu
 (b) Hidrojen elektronunun yüksekteki bir enerji
yörüngesinden daha alttaki bir yörüngeye
geçişi ve bunun bir sonucu olarak h
enerjisinde bir fotonun açığa çıkması

 Daha alttaki bir enerji düzeyine geçiş sırasında
ışınım şeklinde belirli miktarda yayınan enerji
(foton) dalgasının frekansı (ν), ΔE enerjisi ile
orantılıdır:
ΔE=hν
h: Plank sabiti (6,63x10-34Js)
Genellikle C ışık hızı(3.00x108m/s) ile yayılan
radyasyon dalgasının dalga boyu λise;
C= λν
olduğundan enerji değişimi şu şekilde ifade edilir;

Bir başka teoriye göre ΔE enerjisinin
m= ΔE/C2
kütlesine sahip foton denen bir parçacık
tarafından yayıldığı varsayılır.
Buna göre enerjinin bazı olaylarda dalga
hareketi ile yayıldığı, bazı olaylarda ise m
kütleli parçacıklar veya fotonlar tarafından
yayıldığı varsayımlarını kullanmak olayların
açıklanmasında çok yararlı olmaktadır.

Her atom türünün elektron yapısı ve enerji düzeyleri
farklıdır.
Elektronların enerji düzeylerini değiştirmeleri sonucu yaydıkları özel
radyasyonların spektrografik analizi yapılarak elemanın türü saptanabilir.

 Tek bir elektronun belirli
bir yarıçapta bir protonun
etrafında döndüğü bir
hidrojen atomu modeli
Niels Bohr tarafından
1913’te geliştirilmiştir.
 Bu modeli açıklayan Bohr
eşitliği, Hidrojen
elektronunun izin verilen
enerji düzeyindeki
enerjilerinin yaklaşık
değerlerini vermektedir.

 Bohr eşitliğine göre taban durumdaki enerjisi
–13,6 eV’tur.
 Hidrojen atomu daha yüksek enerji düzeylerine
uyarıldığında enerjisi yükselmekte, sayısal değeri
küçülmektedir.
 Bir elektronu hidrojen atomundan tamamen
uzaklaştırmak için gerekli enerji 13,6 eV olup bu
hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisidir.

Elektronların Kuvantum Sayıları
 Modern atom teorisine göre elektronların
olası yörüngelerini , enerjilerini ve
hareketlerini belirlemek için dört kuvantum
sayısına gerek vardır:
1. Ana (birincil) kuvantum sayısı(n)
2. Alt (ikincil) kuvantum sayısı(l)
3. Manyetik (mıknatısal) kuvantum sayısı(ml)
4. Dönme yönü kuvantum sayısı(ms)

1. Ana (birincil) kuvantum sayısı
(ana kabuk)
 Elektronun ana enerji
düzeylerini gösterir ve
elektron bulutu şeklinde
olduğu kabul edilir.

 Aynı zamanda ana kabuk olarak da adlandırılır.
Birincil kuvantum sayısı ‘n’ harfiyle gösterilir ve
sıfır dışında 1’ den 7’ ye kadar tam ve pozitif
sayı olabilir.
 n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
 Bir n kuvantum sayısına sahip enerji kabuğunda
en fazla 2n2 adet elektron bulunabilir.
 Ana kuvantum sayıları ayrıca K, L, M, N,...
Simgeleri ile de belirtilebilir.
 K kabuğunda n=1 ve elektron sayısı=2
 L kabuğunda n=2 ve elektron sayısı=8
 M kabuğunda n=3 ve elektron sayısı=18

2. Alt (ikincil) kuvantum sayısı(l):
 Ana enerji düzeyleri içindeki ikincil enerji
düzeylerini tanımlar ve en fazla (n-1) kadar
olabilir.
(l) sayısı 0,1,2,3,...,n-1 değerleri alır.
 Bunlar sayı yerine s,p,d,f harfleri ile gösterilir.
Her bir s, p, d, f yörüngelerinde belirli sayıda
elektron bulunabilir.
 s yörüngesinde 2 elektron
 yörüngesinde 6 elektron,
 d yörüngesinde 10 e ve f yörüngesinde 14 adet
e bulunabilir.

3. Manyetik (mıknatısal)
kuvantumsayısı (ml ):
 Elektronlar bağlı oldukları atomun çevresinde
değişik yönlerde hareket ederler ve farklı açısal
momentuma sahiptirler.
 İkincil kuvantum kabuğunda artı yönde olursa (+1),
eksi yönde olursa (-1), hareket yönü belirsiz ise (0)
olur.
 Manyetik kuvantum sayısının alabileceği değer
sayısı veya orbital sayısı 2l +1 dir.
 2l +1=0 için ml=1 adet ve ml = 0
 l =1 için ml=3 adet ve ml= -1,0,+1
 l =2 için ml=5 adet ve ml= +2,-1,0,+1,+2

4. Dönme yönü kuvantumsayısı
(elektron dönme kuantum sayısı)
(ms):
 Elektronun kendi ekseni etrafında
dönüşü için izin verilen iki yönü
belirler. Saat yönü+1/2 ve saat yönünün
tersi –1/2 dir.
 Eğer iki elektron aynı yörüngede
bulunuyorsa bu elektronlar farklı
dönme yönlerine sahiptir.

Atomların elektron dağılımları
Atomlarım elektron dağılımları şöyle
gösterilir:
Birincil kuantum sayısı yazılır
Yanına yörüngeleri ifade eden s, p, d, f
harfleri yerleştirilir
Bu harflerin üzerine konan üst simge
yörüngede bulunan elektron sayısını verir.

örnek
 Helyum atomunun çevresinde iki elektron
bulunur ve bu ikielektron enerji seviyesi en
düşük olan n=1 kabuğundaki ( k kabuğu)
1s yörüngesini doldurur. Kısaca 1 s2
olarak gösterilir.
 Atom numarası 18 olan argonun elektron
dizilişi 1s2 2s22p6 3s23p6

valans
 Bie atomun valansı atomun diğer bir
elementle kimyasal bileşime girme
yeteneği ile ilişkilidir. Ve genellikle sp
seviyesinin en dışındaki elektron sayısı ile
belirlenir.
 Mg: 1s2 2s22p2 [ 3s2] valans: 2
 Al: 1 s2 2s2 2p6 [ 3s23p1] valans: 3
 Ge: 1 s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 [ 4s24p2]
valans: 4

 Magnezyumun atom numarası 12
olduğuna göre elektron dizilişini yazınız ve
ana kabukları işaretleyiniz valans elektron
sayısını ne kadardır bulunuz.

ELEKTRONEGATİFLİK VE
ELEKTROPOZİTİFLİK
 elektronegatiflik bir atomun bir elektronu
alma eğilimini ifade eder.
 Atomların elektronegatif değerleri atomlar
bileşik yaptıklarında birbirlerine ne şekilde
bağlanmış olduklarını yani kimyasal bağın
cinsini ve bazı özelliklerini anlamamıza
yarar.

 Örneğin elektronegatif değeri 4 olan flor
elementi güçlü bir elektronegatif olup kolayca
elektron alır.
 Fakat elektronegatif değeri 0.8 olan potasyum
elementi kolayca elektron verir ve güçlü bir
elektropozitifliğe sahiptir.
 Dolayısıyla elektropozitiflik bir atomun elektron
verme eğilimini ifade eder.
 Katı eriyik alaşımı oluşturabilmenin bir şart da
alaşımı meydana getirebilecek element
atomlarının yaklaşık aynı elektronegatifliğe sahip
olması zorunluluğudur.

İZOTOP
 Aynı atomun protonları sabit kalmakla beraber
 nötronları değişik olabilir ki bunlara izotop denilir.
 Örneğin;
 26 Atom numarasına sahip demirin izotopları:
 54Fe (26 p, 28 n)
 55Fe (26 p, 29 n)
 56Fe (26 p, 30 n)
 57Fe (26 p, 31 n)
 58Fe (26 p, 32 n)

C. ATOMLAR ARASI BAĞLAR VE
MESAFELER
 Etrafımızda gördüğümüz
katı ve sıvı gibi
maddelerin oluşabilmesi
için atomları bir arada
tutan çekme kuvvetlerinin
olması gerekir.
 Bu çekme kuvvetlerine
COULOMB çekme
kuvvetleri adı verilir.
 Coulomb çekme
kuvvetleri sayesinde
atomları bir arada tutan
atomlar arası bağlar
meydana gelir.

 Malzemelerin ;
 Yoğunluğu
 Elektrik iletkenliği,
 Isıl genleşmesi, mekanik özellikleri,
 korozyon davranışları,
 Optik özellikleri,
Atomlar arası mesafeye bağlı olarak değişir.

 􀁺Atomlar bireysel halde belirli bir
potansiyel enerjiye sahiptirler.
Aralarında bağ oluşurken potansiyel
enerji azalır, denge halinde minimuma
erişir, dolayısıyla kararlı yapı meydana
gelir.

ders 2.ppt

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to ders 2.ppt

Similar to ders 2.ppt (20)

ders 2.ppt