KRİSTAL YAPI

AN / İNORGANİK KİMYA Kim351 / Kim207 An / İnorganik Kimya PROGRAMI1. Hf - 07 / 08.02.08 - Atomik yapı……...........................20 2. “ - 14 / 15.02.08 - Periodik Özellikler………...….…..40 3. “ - 21 / 22.02.08 - Molekül Yapısı.............……….….604. ” - 28 / 29.02.08 - Kovalent Bağ ve DBT……………90 5. “ - 06 / 07.03.08 - Molekül Orbital Teori….…….…1256. ” - 13 / 14.03.08 - İyon Bağı...……….......................1357. “ - 20 / 21. MART.2008- VİZE-1 8. ” - 27 / 28.03.08 - İyonik Kristaller…......................1459. “ - 03 / 04.04.08 - Metal Bağı……………......…….....16010.“ - 10 / 11.04.08- Taneciklerarası Etkileşimler……18011.” - 17 / 18.04.08- Asit-Baz-Çözeltiler......................21512.” - 24 / 25.NİSAN.2008- VİZE-2 13.” - 01 / 02.05.08 -Koordinasyon Bileşikleri…….…240

14.” - 08 / 09.05.08 -Koordinasyon Bağı yapısı..…….285

Prentice-Hall © 2002

İYON BAĞI• İYON BAĞI• ● Elektronegatiflikleri birbirinden çok farklı atomlar arasında elektron aktarımının tam olduğu ve

sonuçta iyonların oluştuğu varsayılır.• Bu şekilde oluşan + ve – iyonlar arasındaki elektrostatik çekme kuvvetine iyon bağı, bu bileşiklere

iyonik bileşikler denir.• ● Elektronegativitesi en yüksek=max. olan element Fluordur (F) elektronegetivitesi XF=+4 tür.

Minimum elektronegativite X Cs= X Fr=+ 0,7dedir.• ∆X = 4 – 0,7 = 3,3 olup bu da % 93 iyonikliğe denktir ve %100 iyonik denilebilecek bir bileşik

tabiatta yoktur.• ● Soygazların normal şartlarda elektro negetivitesi belirsizdir. 0 da denilemez

• ● Kovalent bağlı bileşikler oda sıcaklığında katı, sıvı, gaz halde bulunabilirler. İyonik bağlı bileşikler ise oda sıcaklığında genellikle katı haldedir.

• ● İyonik bağda elektronegativitesi düşük olan metal karakterlidir ( katyon haldedir). Elektronegativitesi yüksek olan element ametal karakterlidir, genelliklede bunlar halojendir.

• ● Bu bileşiklerde polarlık (kutuplaşma) söz konusudur. Pozitif ve negatif yük merkezleri kesin olarak belirlenebilir. Burada Pozitif ve negatif yük merkezleri arasında oluşan elektrostatik çekme kuvvetleri etkin olup iyonik bağı meydana getiren etkidir. İyonik Bileşiklerin en iyi çözücüsü sudur.

• ● İyon bağları kovalent bağın aksine yöne bağlı değildir. Her yönde etkin olan bir elektriksel alan söz konusudur.

• ● İyon bağları gaz fazında da görülebilir. Örneğin NaCl buharlaştırıldığında, çeşitli sayıda iyonlardan oluşan gruplar halinde gaz fazına geçer.


İYON BAĞI• ● Katı fazda her bir Na atomu etrafında 6 tane Cl atomu, her Cl atomu

etrafında 6 tane Na atomu dizilir. Her bir Na ve Cl atomu en az 6 tane diğer cins atomla çevrilmiş durumdadır.

• ● İyonik bileşikler sıvı hale getirilirse, + ve – yüklü iyonlar daha serbest hareket eder hale gelirler ve elektriksel iletkenliğe sahip olurlar.

• ● İyonik katıların elektriksel iletkenliği çok azdır. Çünkü iyonlar yerlerini kolaylıkla terk edemezler (elektriksel iletkenlik, iyonların hareket serbestliği ile mümkündür. Bu nedenle katı kristalize bileşiklerde bu serbestlik yoktur.).

• ● İyonik bileşiklerin şeklini döverek, basınç uygulayarak değiştiremeyiz, ancak kırabiliriz. + ve – iyonlar arasında çok büyük bir çekme kuvveti söz konusudur.

• ● Her yöne doğru olan elektrostatik çekme kuvveti oldukça büyüktür. İyonlar arası çekme kuvvetini yenmek kolay olmadığından, düzenli örgü yapsına, düzensiz sıvı haline geçiş güçlükle olur. Yarıçaları küçük, elektrik yükleri büyük olan iyonlar arasında Coulomb çekme kuvveti büyük olacağından, böyle iyonlardan oluşan iyonik katıların erime noktaları çok yüksektir.

• ● İyonik bileşiklerde kristali meydana getiren örgü enerjisi mevcuttur. Kristalin oluşumunda dışarıya verilen enerjidir(kristal örgü enerjisi). Kristali gaz halindeki iyonlar haline parçalamak için gereken enerji olarak tarif edilir.


İYON BAĞI• ● Kristal yapılar bir çözücüde çözüldüğü zaman çözücüdeki

atomlar tarafından solvetize(etrafı çevrilerek) çözünür durama gelebilir. Çözünmenin gerçekleşebilmesi için solvetasyon enerjisinin örgü enerjisinden daha büyük olması gere

• ● Örgü enerjisi çok yüksek olan bileşikler çözünürlüğü az olan bileşiklerdir. Çözünürlük azaldıkça maddenin suda çözünmesi güçleşir. Çözünmeyi gerçekleştirebilmek için ortamın asit ya da bazik olması çözünmeyi kolaylaştırabilir. Ya da oluşum enerjisi daha büyük olan maddenin meydana gelmesiyle kristal yapı bozulur.

• Katı kristalize yapılar 7 temel sistemden oluşmaktadır. ● Bu 7 temel sistem 4 temel istiften 14 istif yapısıyla 270 ten fazla kristal şekli meydana getirir.


13-8 KRİSTAL SİSTEMLER• KRİSTAL SİSTEMLER

1- KÜBİK Sistem (Küp,Tetraeder,Oktaeder) . a=b=c α=β=γ=90o NaCl, CsCl, CaO yapıları• 2- TETRAGONAL Sistem (Kare prizma,Tetragonal bipramit)

. a=b≠c α=β= γ=90o SnO2, TiO2

3-Rombusal (Ortorombik) Sistem (Dikdörtgen prizma,Dik dörtgen bipramit) . a≠b≠c α=β= γ=90o HgCl2,Al2O3 4-Rombohedral Sistem (Romboeder=6 yüzlü Eşkenar dörtgen prizma) . a=b=c α=β= γ≠ 90o Zn kristali 5- Heksagonal Sistem (Heksagonal prizma,Heksagonal bipramit) . a=b≠c α=β= 90o γ=120o SiO2, AgI 6- Monoklinal Sistem (Dikdörtgen Eğik Prizma) . a≠b≠c α= γ=90o β≠90o KClO3, K3Fe(CN)6 7- Triklinal Sistem (Parelelkenar eğik prizma) . a≠b≠c α≠ β≠γ≠90o K2SO4 , CuSO4.5H2O , K2CrO4 kristalleri


İSTİF (ÖRGÜ) ŞEKİLLERİ A-Basit İstifler• İSTİF (ÖRGÜ) ŞEKİLLERİ• ● A-Basit İstif: atomların 3 kartezyen koordinatlar sisteminde merkezleri aynı

eksenler üzerinde olacak şekilde dizilmesiyle meydana gelir.• 1. AA Basit İstif / Basit Kübik (bk) Yapı • KS =Koordinasyon Sayısı ( sarılma, birbirine temas eden komşu atom sayısıdır) = 6,

Birim hücre başına düşen atom sayısı = 1 atom/BH• Birim Hücre kenarı=a=2r, r=a/2, VA=4/3 π r3=4,2r3

• Hacım Doluluğu Vatom/VBH = a3 =4,2r3 /8r3=0,525, Boş Hacım %47,5

• 2. AB Basit İstif / Cisim Merkezli Kübik (cmk)Yapı• küpün merkezine de bir atom yerleştirilmiştir.

Atom Sayısı/B.H. = 1 + (8x1/8) = 2 tane K.S. = 8 Cismin iç Köşegeni= a√3 = 4(ratom) ➨ a=2,31.r ➨ r=0,444.a Dolu Hacım Vatom/VBH = a3 = 8,4 r3 /12,317 r3=0.68, Boş Hacım %32

•


Kübik Kristal Sistemde BİRİM HÜCRELER

a) AA Basit Kübik (bk) İstif b) AB Cisim merkezli Kübik (cmk) İstif c)ABC Yüzey Merkezli Kübik (ymk) sık istif


Atomun Birim Hücredeki yeri ve paylaşım miktarı (AS/BH=AtomSayısı/Birim Hücre) ve KS = Koordinasyon Sayısı


İSTİF (ÖRGÜ) ŞEKİLLERİ B-Sık İstifler• ● B- SIK İSTİF : Bir kürenin etrafına aynı büyüklükte max 6 küre yerleşebilir ve bu

dizimde küreler arasında oluşan 6 boşluk vardır. Bunların üçü,diğer üçünden farklıdır. 1. AB Sık İstif (Heksagonal Yapı) : A kürelerinin oluşturduğu sık dizilimde 2. kata küreler B boşluğuna yerleşiyorsa AB sık istif (Heksagonal Yapı) oluşur. KS = 12, Birim hücre başına düşen atom sayısı = 6 atom/BH

• Hacim Doluluğu Vatom/VBH*100 = % 74, Boş Hacim =% 26

• 2.ABC sık istif- YÜZEY MERKEZLİ KÜBİK ISTİF (ymk) – AB yapısında 3.kata C boşluğuna yerleşimle oluşur. Küpün 6 yüzeyinin merkezinde de atomlar vardır.Atom sayısı/B.H. = 8*1/8 + 6*1/2 = 4 tane, K.S. = 12Yüzey köşegeninden b=√2.a =4r a=2,828.r Dolu Hacim Vatom/VBH =0,74, Boş Hacim =% 26


SIK İSTİFLER (AB Heksagonal istif(hi) ) (ABC Yüzey merkezli kübik (ymk) sık istif )


Kristal yapılarda Atom sayısı,yarıçap, %dolu, %boş, ve Atom Yarıçapları oranı

AA bk’de 1At/BH, a=2r, %dolu=52,5 , %boş=47,5 , KS=6

AB cmk’de 2At/BH, a=2,31r, %dolu=68 , %boş=32, KS=8

ABC ymk’de 4 At/BH, a=2,83r, %dolu=74 , %boş=26 KS=12

AB hi’te 6 at/BH, alt/üst yüzeyde a=2r,%dolu=74, %boş=26 KS=12

NaCl yapısında r+/r-= 99/181=0,55 , CsCl yapısında r+/r- = 169/181= 0,934

Üçgen Boşlukta min r+/r-=0,155 Tetrahedral boşlukta min r+/r-=0,225

Kare ve oktahedral boşluk min r+/r-=0,414 Kübik boşluk min r+/r-=0,732


KRİSTAL YAPILARDAKİ BOŞLUKLARrB’den oluşan Kristal Yapıdaki Boşluklar ve buralara yerleşebilen atomun rK yarıçapı oranı:• ● Düzlem üçgen boşlukta : rK / rB = 0,155• ● Kare düzlem boşlukta : rK / rB = 0,414• ● Kübik boşlukta : rK / rB = 0,732• ● Oktahedral boşlukta : rK / rB = 0,414• ● Tetrahedral boşlukta : rK / rB = 0,225SORU: Yarıçapı 1cm olan kürelerin oluşturduğu basit küp istifinde küreler arasına yerleşebilecek en

büyük kürenin yarıçapı ne olur? CEVAP: Basit kübik istifinde a=2rB Ortadaki Kübik boşluğa yerleşecek atom yarıçapı= rK olmak

üzere orta köşegene göre a2 + 2a2 = 3a2 =12rB=(2rB+2rK)2 rB=1 alınırsa rK= √ 3 -1 = 0,732 çıkar ki bu rK/rB =0,732 demektir.

********************************************************************************SORU: a=Birim Hücre Boyutu=620pm, Mw=131g/mol, d=yoğunluğu=3,65g/mL olan elementin

kristalinin istif şeklini belirleyiniz. r = ? 1pm=10 -12m=10-10cmCEVAP:d=m/V’yi Birim Hücre için d= ( s*131/NA )/VBH [=a3=(620*10-10 )3] =3,65 s=4 ymk’dür.

ymk istifde a=2,828r = 620pm den r = 219,24 pm.SORU:d=7,2g/mL, r=1,25A olan cmk istif oluşturan elementin Mw=? 1A=10-10m=10-8cmCEVAP: Birim Hücre için d=(2*Mw/NA)/(2,31*1,25*10-8) 3 = 7,2 Mw=52,19g/mol


Kristallerde boşluk tipleri


Sık İstifler ve Boşluk tipleri


Karbonun Allotropları

FULLERENLER ( C60 molekülü) NANOTÜPLER a)Küçük bir nanotüpün top-çubuk modeli b)Tek duvarlı nanotüpler paketi


İYONLAR ARASI KUVVETLER


İYON BAĞI VE İYON YARIÇAPLARI

• İyon Bağı ve İyon Yarıçapları• ● Pauling 1960 da r +/ r – iyon yarıçapları oranını hesaplamak için

kuramsal bir yöntem önerdi. Bu yöntemde iyonların birbirine değdiği kabul edilirek l=İyon bağı Uzunluğu=r-+r+yazılır, r-ve r+ iyon yarıçapları Bohr Teorisi-2.postilası r = n2/Z*x0,529 dan rK

+/ rA–

= (nK2 / Z*K) / (nA

2 / Z*K) den rK+ ve rA

– hesaplanabilir.• ÖRNEK : LiI’de bağ uzunluğu 302 pm.dir. rLi+=? rI-=?• CEVAP : Z*Li+=3-0,35 =2,65

. Z*I-=53- ( 7*0.35+18*085+ 28*1) = 53 – 45,75 = 7,25• rLi

+ / rI

-=(n2Li

+ / Z*Li+) / (n2

I- / Z*I

-) = 1/52 * 7,25 /2.65 =0,10944 den ve rLi++ rI-= 302 pm. de yerine konursa 1,10944*rI

-= 302 den rI

-= 272,21 pm , rLi+=29,79 pm bulunur.


İyonik Katılar İçin Yaygın Kristal Türleri

• İyonik Katılar İçin Yaygın Kristal Türleri• 1. Sodyum Klorür Yapısı : Büyük olan klorür anyonları yüzey merkezli kübik örgüyü• oluşturur. Oktahedral boşlukların tamamını sodyum katyonları doldurur. KS = 6, 4 atom/BH• Oktahedral boşlukta : rK / rB = 0,414 olur.• 2. Sezyum Klorür yapısı :hacim merkezli kübik yapıdadır. KS = 8, 2 atom/BH Sezyum

Atomu kübik boşluktadır. Kübik boşlukta : rK / rB = 0,732 olur.• 3. Florür ve Antiflorür yapısı : Flourür yapısında Ca+2 katyonları yüzey merkezli kübik

yapıda tetrahedral boşlukları F−1 iyonları doldurur. F−1 iyonlarının KS=4 , Ca+2 iyonları için KS=8 olur.

• Birim hücrede 4 Ca+2 , 8 F−1 iyonu olur. • Antiflorür yapısı ise yukarıdakinin tamamen tersidir. F−1 iyonlarının oluşturduğu yüzey

merkezli kübik yapıda tetrahedral boşlukları Ca+2 iyonları doldurur. F−1 iyonlarının KS=8 , Ca+2 iyonları için KS=4 olur. Birim hücrede 4 F−1, 8 Ca+2 iyonu olur.

• 4. Çinko Blend ve Wurtzit Yapıları : Çinko Blend yapı da S= iyonlarının oluşturduğu ymki’de tetrahedral boşlukların yarısı Zn2+ iyonları ile doludur. Wurtzit Yapısında ise S= iyonlarının oluşturduğu hsi’de tetrahedral boşlukların yarısı Zn2+ iyonları ile doludur. Her iki yapıda da katyon ve anyonun KS:4 olur.


Sezyum Klorür (CsCl) yapısı Cl- bki (basit kübik istif)’de Cs+ kübik boşluktadır.

Sodyum Klorür (NaCl) yapısı Cl-’lerin ymk istifinde Na+ oktahedral boşlukta


ZnS (Çinko Blent) yapısı (S=‘lerin oluşturduğu ymk yapıda Zn2+ ½ Tetrahedral Boşlukta)

CaF2 (Florit) yapısı (Ca2+’ların yaptığı ymk yapıda F- Tetrahedral Boşlukta KS=8-4)TiO2 (Rutil) yapısı ( O=’lerin yaptığı hsi yapıda Ti4+ ½ Oktahedral boşlukta)


KRİSTALLERDE YAPI TAYİNİ X-IŞINI KIRINIMI (X-Ray Diffraction)

Kristal yapılarda atomlara çarpan λ dalga boyu bilinen X-ışınları θ açısı kadar kırılır ve ve atomlar arası uzaklık=d ise 2d.sin θ kadar fazla yol alır ve detektörde maksimum şiddette ışın eldesi için 2d.sin θ=n. λ (Brag Denklemi) olmalıdır. Burada d=Atomlar arası uzaklık, kristal tipi, N=Atom sayısı, No=Avogadro sayısı, Kristal maddenin formül yapısı, Atom büyüklükleri ve e yoğunlukları ölçülebilir ve hesaplanabilir.Ayrıca kalitatif ve kantitatif Analizler yapılabilir.


•ÖRGÜ ENERJİSİ : Örgü enerjisi büyük ölçüde iyonlar arasındaki coulomb etkileşiminin sonucudur. Bir kristalin gaz halinde iyonlarından oluşması sırasında açığa çıkan enerjiye örgü enerjisi

denir ”u” ile gösterilir. İyonik kristallerde coulomb etkileşimleri bir iyon çiftindekinden çok daha karmaşıktır.

İyonik bir katının örgü entalpisini hesaplamak için, iyonlar arasındaki çekimler ve itmeleride kapsayan bir çok

katkıyı dikkate almak zorundayız. Karşıt yüklü iyonlar arasında çekme, aynı yükler arasında da itme vardır.

İyonların birbirlerine göre bağıl konumlar kristalin türüne göre değişik olduğundan bu etkileşimlerin büyüklüğü

ve etkileşime katılan iyonların sayısı kristalin geometrisine bağlıdır.

•M+ + X- → MX + Q Q=bileşiğin kararlı olabilmesi için gereken enerji çıkışı

Bir kristalin parçalanarak gaz halindeki iyonlarına dönüşebilmesi için örgü enerjisi kadar enerjiye gerek vardır. ∆G=∆H−T ∆S ∆G Ne kadar büyük (-) değere sahip olursa, kristal o kadar kararlı olur.

•Örgü Enerjisinin Tayininde •Born – Haber Çevirimi Bir kristalin örgü enerjisi, deneysel olarak bulunan termodinamik verilerden Born – Haber

çevirimi kullanılarak hesaplanabilir


BORN - HABER ÇEVRİMİ = İyonik bir katı (NaCl oluşumu ) ve çözünmesinde a) Ekzotermik Çözünme b) Endotermik Çözünmede enerji çevrimiBORN - HABER ÇEVRİMİ grafiğinde görüldüğü gibi kolay çözünebilen bir tuzun solvatasyon enerjisi örgü enerjisinden daha büyüktür, yani kendiliğinden çözünebilen bir tuzun çözünme entalpisi ne kadar küçük (negatif büyük değer) ise çözünme o kadar kolay olur. Tersine bir çözücüde çözünmeyen tuzların çözünme entalpisi pozitif büyük değerli olur, yani bir tuz suda çözünmüyorsa o tuzun solvatasyon enerjisi örgü enerjisinden daha küçük demektir. Bu iki entalpinin birbirine yakın veya eşit olduğu durumlarda çözünme entropisi etkili olur. Entropi artışı çözünmeyi de kolaylaştırır.Eğer çözünme entalpisi örgü enerjisinden çok küçük ise entropi artışı dahi çözünmede yetersiz kalır ve tuz çözünmez, BaSO4, CaF2, Al2O3 bileşiklerinde olduğu gibi.

ΔHol(NaClk)=ΔH1+ ΔH2+ ΔH3+ ΔH4+ ΔH5= 107 +122+ 496 – 349 -787=- 411 kJ


METALİK BAĞ• Metalik Bağ• Metalik bağ esas olarak metaller arasındaki, bir ya da daha çok atomu bir arada tutan bir

kimyasal bağ türüdür. Metal atomlarının valensindeki serbest elektronların kolayca paylaşılması ve yer değiştirebilmesi esasına dayanır..

• Metal atomları valens bandında -dış yörüngelerinde- yüksek sayıda serbest elektron içerirler. Bunlar atomdan ayrılarak bir pozitif iyonun dev latisinin etrafını saran bir elektron zarfı, gazı oluştururlar. Negatif elektron gazı ile pozitif çekirdekler arasında oluşan elektrostatik çekim kuvvetleri metal atomlarının bir arada kalmalarını sağlar. Burada, kovalent ve iyonik bağlardaki gibi merkezi bir bağ söz konusu değildir. Metalik bağ, düzgün pozitif iyon yığını ile bu yığını kuşatan elektron gazı arasında ortaya çıkar.

• Metaller genellikle yüksek kaynama ve ergime noktalarına sahiptirler ve bu da atomlar arasında güçlü bir bağ olduğuna işaret eder.

• Metalik bağ polar değildir ve bağlanma etkileşimi içerisindeki atomlar arasında ya hiç (saf elementel metaller) elektronegatiflik farkı yoktur, ya da çok az (alaşımlar) elektronegatiflik farkı vardır. Bu etkileşimler olmadığından metal valensindeki elektronlar metal kristalinde kolayca yer değiştirebilirler. Metalik bağ, metalin dayanımı, dövülebilirliği, süneklik (eğilip-bükülebilme), ısı iletkenliği, elektrik iletkenliği ve parlaklığı gibi pek çok özelliğinin nedenidir.

• Metalik bağ, metal atomları veya iyonlar ile yer değiştirmiş elektronlar arasındaki elektrostatik çekimdir. Bu nedenle, atomların veya tabakaların birbiri üzerinde kayması ile dövülebilirlik ve süneklik (eğilip-bükülebilme) gibi karakteristik özellikler ortaya çıkar. Metal atomlarının en az bir valens elektronu vardır ve bu elektronu ne bir komşu atomla paylaşır ne de iyon oluşturmak üzere verirler. Bunun yerine, metal atomlarının dış enerji seviyeleri üst üste biner ve bu anlamda kovalent bağa benzerlik gösterirler.

http://tr.wikipedia.org/wiki/Metal

http://tr.wikipedia.org/wiki/Atom

http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Kimyasal_ba%C4%9F&action=edit


METALİK BAĞ• Metal Bağı

• ● Metaller, elektrik ve ısı iletkinliklerinin yüksek olmasıyla tanınır. Basınç uygulayarak• şekillendirilebilirler. Parlaktırlar, bu özellikler metal bağ türünün sonucudur.

• ● Serbest elektron kuramına göre, metal katılar, bir elektron denizi içerisinde bulunan• katyonlardan oluşur. Böylece bir yapı metal atomlarının elektronegatifliklerinin düşük• olmasından, başka bir deyişle değerlik elektronlarını yeterince çekememelerinden ileri• gelmektedir. Elektron denizi değerlik elektronlarından oluşmaktadır. Katyonlar ise değerlik• elektronlarını vermiş olan artı yüklü atomlardır.

• ● Metallerin % 60’ı yüzey merkezli küp (ymk), % 20’ı hekzagonal istif (hi), % 20’i cisim merkezli küp (cmk) yapısını oluşturur.

• ● Kovalent bağlar ve iyon bağlarıyla karşılaştırıldığında, metal bağlarının daha zayıf olduğu• görülür. Bu elementlerin erime noktaları düşük , atomlaşma ısıları küçüktür. Toprak alkali• metallerin erime noktaları daha yüksektir. Geçiş metallerinde d5 elektron dizilişine yakın• Metallerin erime noktalarının (EN) yüksek, atomlaşma enerjilerinin büyük olduğu görülür.

• ● Çelik, lehim,tunç, pirinç (sarı),tutya gibi Alaşımlar çeşitli metallerin birbiri içinde atom mertebesinde dağılarak oluşturdukları homogen karışımlar,yani katı+katı madde çözeltileridir. İki veya daha fazla metalin eritilip karıştırılmasıyla hazırlanmış ve daha sonra soğutulmuş homogen karışımlardır.

• .


METALİK BAĞ Elektron denizi modeli M + iyonları arasında valens

e’ları e-denizi gibi düzgün ve hareketli (oynak=delokalize) bir dağılım yapar. e’ların tüm yapıya ait hareketli olması metallere ısı ve elektrik iletkenliği, parlaklık, kırılmadan eğilip bükülme, tel ve levha haline gelebilme gibi özellikler kazandırır. Bir Kuvvet uygulandığında M+ iyonları yer değiştirse bile yakın çevresi değişmez.


YARI İLETKENLER (Semiconductors)

Yarı iletkenliği değerlik-iletkenlik bandları arasındaki enerji farkı oluşturur.CdS’de bu aralık sabit olup (İÇSEL yarı iletken) beyaz ışık etkidiğinde e’lar iletkenlik bandına uyarılırlar, bunun için mor ışığı absorbe ederler ve göze mor ışığı eksik tamamlayıcı sarı renkte gözükür.GaAs ve PbS’de bu enerji farkı çok küçük olup bunlar görünür bölgenin tüm ışığını absorpladıkları için göze siyah görünürler.

Si/Ge gibi IVA grubu yarı iletkenlerde dolu değerlik bandı ile boş iletkenlik bandı arasında küçük enerji farkı dışardan eklenen safsızlıklarla aşılabilir (DIŞSAL yarı iletken).Bunun için Si’a VA grubundan (P gibi) bir kirletici konursa, P’un donor e yüzeyi iletkenlik bandının altında olduğu için P e verici (dönor) olup P’un 4 Valens e Si ile bağ yapar 5.e ise çevreden aldığı ısı ile Si’un iletkenlik bandına atlar. Böylece n-tipi (negatif) yarı iletkenler oluşur.

Si/Ge gibi IVA grubu yarı iletkenleri IIIA grubuyla (Al gibi) kirletilirse Al’un enerji düzeyi Si’un üzeride olduğu için burada Al e-akseptör (alıcı) olur ve Al’un 3 valens e’nu Si’un 3e ile bağ yapar. Si’un 4.e’nu alıcı

Al’a atlar ve Al- iyonu oluşturur. Bu ise değerlik bandında pozitif bir deliğe neden olur.Bunlara da p-tipi (pozitif) yarı iletkenler denir.


10-6 Manyetik Özellikler• 1-Diamanyetik özellikte atom,molekül veya iyonlar:

– Orbitallerdeki tüm e-’lar eşleşmiş yani çift haldedir ve bunlar birbirlerinin manyetik etkilerini yok ederler.

– Diyamanyetik maddeler manyetik alandan çok az etkilenir ve alandan kaçar gibi hareket ederler. Yani alan tarafından sanki itilirler.

• 2-Paramanyetik özellikte atom,molekül veya iyonlar:– Orbitallerdeki bazı e-’lar tek, eşleşmemiş haldedir ve bunların manyetik etkileri vardır

buda bunların manyetik alan tarafından çekilmesine neden olur. Tek e- sayısı ne kadar çoksa bu çekim okadar kuvvetli olur.

Bir atomun Spin Manyetik Momentumu μ = √ t2+2t BM (Bohr Manyeton) Örnek: μNa = √ 12+2x1= √3=1,73 BM , μMg = √ 22+2x2= √8=2,83 BM

FERROMANYETİ K Özellik Fe grubu (8B) de görülür kendileride mıknatıs olabilen maddelerdir. Manyetik Alan tarafından kuvvetle çekilir alan kalktığı zamanda yönlenmiş spinli bölgeler oluşmasıyla bu tür maddelerde mıknatıslık devam eder.


Paramanyetizm

μMn=√52+2x5= √35=5,92 BM=μMn2+

; μMn

3+= √42+2x4= √24=4,9 BM


KRİSTAL KUSURLARI• KRİSTALLERDE DÜZENSİZLİK• ● NOKTA KUSURLAR İki tür nokta kristal kusuru vardır.• 1. SCHOTTY KUSURU: İdeal kristallerde bulunması gereken yerde tanecik yoktur. Eğer madde bir• iyonik kristal ise, bazı konumlarda iyon yoktur. Kristalin herhangi bir bölgesinde bir iyonun• bulunmaması elektrik yükü dengesini bozar. Başka bir bölgede karşıt yüklü bir iyonun da yok• olması gerekir. Bir noktada bir iyonun bulunmaması, çevredeki iyonların konumlarının• bozulmasına neden olur. Merkezdeki çekici güç kaybolduğundan bu iyonlar birbirinden• uzaklaşır ve boşluğu büyültürler. Bileşiğin toplam stokiyometrisinde değişiklik olmaz.• 2. FRENKEL KUSURU: Daha çok yarıçapı büyük anyonlar ve yarıçapı küçük katyonlardan oluşan• kristallerde görülür. Çünkü katyonlar küreler arası boşluğa kolaylıkla kayabilir. Düzensizlik,• kristalin başka bir bölgesinde karşıt bir düzensizlikle dengelenir. Bileşiğin toplam stokiyometrisinde herhangi bir• değişiklik olmaz. Schotty ve Frenkel kusurları kristal bütününde değil yalnızca belirli noktalarda görülür. • ● Bu nedenle nokta kusurları olarak bilinirler.

• ● Örgünün daha geniş bir bölgesinde yayılmış düzensizlikler:• 1. DÜZLEM KAYMA : örgünün bir kısmı, geri kalan kısmına göre bir düzlem boyunca kaymış ve• bu düzensizliğe neden olmuştur.

• 2. BURGU KAYMA : kristal yüzeydeki kayma bir vidanın yivlerinde olduğu gibi dönerek devam eder.

• 3. KİRLİLİK KUSURU 4A grubu elementleri Si ve Ge’un 3A ve 5A grubuyla kirletilmesiyle ortaya çıkar ve bu kusur dolayısıyla n ve p tipi yarı iletkenler oluşur.

• ● Kristallerde düzensizlik katı hal difüzyonunu kolaylaştırır. Katı içinde atomlar kristal düzensizliğ inden yararlanarak bir bölgeden diğerine gidebilir.


Si yarı iletkenli Fotovoltaik Güneş Pili

Si yarı iletkeninin kullanıldığı bir güneş pilinde ince bir p-tipi yarı iletken tabakası ile n-tipi yarı iletken kavşak denilen bölge de temas ettirilir. Burada kavşaktan geçen e sayısının ve pozitif delik sayısının az olması istenir, aksi halde bir yük ayrılması oluşur. P-tipi yarı iletkende kavşağı geçen pozitif delikler hareketsiz Al- iyonlarından uzaklaşmış olur. Aynı şekilde n-tipi yarı iletkende de kavşağı geçen e’lar hareketsiz P+ iyonlarından uzaklaşırırlar. Eğer p-tipi yarı iletkene bir ışık düşerse değerlik e’ları derhal iletkenlik bandına çıkar ve değerlik bandında pozitif delikler oluşur. İletken e’lar kolayca kavşağı geçebildiklerinden n-tipi yarı iletkene atlar bu hareket bir elektrik (elektron) akımı meydana getirir. E’lar lamba tel vs gibi almaç ve iletkenlerden sonra tekrar p-tipi yarı iletkene döner ve buradaki pozitif delikleri doldururlar.Daha çok ışık soğurulması daha çok iletken e ve daha çok pozitif delik oluşturacağından güneş piline gelen ışınlarla kullanılabilir elektrik enerjisi üretilmiş olur.


ÖZEL KONU: FOTOELEKTRON SPEKTROSKOPİSİ

Fotoelektrik olaya benzer şekilde fotonlar bir metale değilde bir gaz numuneye etkirse fotonların enerjisi moleküldeki dolu olan orbitallerin enerjisinden fazla ise buradan ölçülebilecek bir Ek ile e’lar fırlamasına neden olur. Düşük enerjili uyarmalar için uyarılmış He+’nın yaydığı fotonlar (2104 kJ) yeterliyse de daha yüksek enerjili uyarmalar için uyarılmış Mg’dan elde edilen (11900 kJ) fotonlar, daha da yüksek enerjiye ihtiyaç olduğunda ise X-ışınları (75000kJ) kullanılır. 1.Grafikte Ne’un orta şiddette uyarılmasıyla 2p ve 2s orbitali e’larına ait pikler elde edilir (1s için daha şiddetli uyarmaya ihtiyaç var) . 2.grafik N2, 3. Grafik ise CO in molekül yapılarını gösteren spektrumlardır. MO enerji diyagramlarının bu deneysel verilere uyması için daha iyi teorilere ve açıklamalara ihtiyaç duyulur.

KRİSTAL YAPI

Documents

Transcript of KRİSTAL YAPI