EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ

(1)

EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ

Yrd.Doç.Dr. Nigar Berna TEŞNELİ

EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli

1. Malzeme bilimine giriş, malzemelerin sınıflandırılması 2. Atomik yapı ve Atomlar arası bağlar

3. Kristal yapısı ve Yapı kusurları

4. Noktasal, çizgisel ve düzlemsel kusurlar 5. Malzemenin Mekanik Özellikleri

6. Malzemenin Termal Özellikleri

7. Katılarda Bant Teorisi:Yalıtkanlar, İletkenler ve Yarıiletkenler 8. Dielektrik malzemeler ve yalıtkanlık

9. Piozoelektrik, ferroelektrik ve pyroelektriklik

10. Malzemenin Elektriksel Özellikleri ve elektriksel iletkenlik 11. Yarıiletkenlik ve yarıiletken devre elemanları

12. Malzemelerin manyetik özellikleri

13. Paramanyetik,diamanyetik ve ferromanyetik malzemeler 14. Süperiletkenlik

Dersin İçeriği

(2)

3

KAYNAKLAR

1.“Principles of Electronic Materials and Devices”, S.O. Kasap, McGraw-Hill, 2005*

2.“ Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri ”, Cilt 1 / Cilt 2, Donald R. Askeland

“The Science and Engineering of Materials”, D.R.Askeland, 2003*

3. “ Malzeme bilimi ve mühendisliği ”,

William D. Callister, David G. Rethwisch , 2013

“Materials Science and Engineering: An

Introduction”, W.D. Callister, Jr., 8th edition, John Wiley and Sons, Inc. 2007.*

EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli

EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ

DEĞERLENDİRME SİSTEMİ Ara sınav %70

Kısa Sınav I %10 Kısa Sınav II %10 Ödev %10 Yıl içi %50 Yıl Sonu %50

Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli

(3)

BÖLÜM 1 Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli

MALZEME BİLİMİNE GİRİŞ MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI

BÖLÜM 1

6

Malzeme nedir?

Malzemeler , günlük yaşantımızda kullandığımız hemen hemen her şeyi meydana getiren temel bileşenlerdir. Doğal olarak oluşmuş veya yapay olarak elde edilmiş malzemeler akla gelebilecek her türlü sanayi (örneğin; elektronik, otomotiv, bilgisayar, havacılık, kimya, gıda üretimi, biyomedikal) sektöründe kullanılmaktadır.

BÖLÜM 1 Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli

(4)

7

Malzeme bilimi ve Malzeme mühendisliği

Malzeme bilimi, malzemelerin doğasını araştırır.

Çeşitli teori ve tanımlarla malzemenin iç yapısının, malzemenin kompozisyon, özellik ve davranışları ile olan ilişkisini belirler

Malzeme mühendisliği ise bu yapı ve özellikler arasındaki bağlantıları kullanarak ihtiyaçları karşılayacak ürünler ve tasarımlar geliştirir.

8

Bir malzemenin “yapı”sı içinde bulundurduğu öğelerin (malzemenin bileşenlerinin) düzenini açıklar.

Bir malzemenin “özellik”i malzemenin kullanımı sırasında maruz kaldığı dış etkilere karşı verdiği tepkilere bağlıdır.

Malzeme biliminin ve mühendisliğinin ilgi alanına

malzemenin yapısı ve özelliğinin yanı sıra “proses-

işlem görme” ve “performans”ı da girer.

(5)

9

Performans

Yapı Proses

Özellikler

Malzeme mühendisliği

İhtiyaçları karşılayacak ürünler ve tasarımlar geliştirir.

Malzeme Bilimi

Malzemelerin yapı ve özellikleri arasındaki ilişkiyi inceler.

Proses Yapı Özellik Performans

10

Bu dört bileşen arasındaki ilişkiye bakacak olursak;

malzemenin yapısı nasıl işlem gördüğüne bağlı iken, performansı da özelliklerinin bir fonksiyonu olarak değişir.

Proses Yapı Özellik Performans

Malzemenin işlenmesi, yapısı, özellikleri ve performansı arasındaki ilişkiyi anlamak çok daha

iyi yeni malzeme

tasarımları ortaya çıkarır.

• İhtiyacı karşılayacak performansta malzeme

üretmek için öncelikle malzemenin özellikleri iyi

anlaşılmalıdır.

(6)

BÖLÜM 1

Katı malzemelerin özellikleri temel olarak 6 sınıf halinde gruplanabilir.

Özellik Etki Tepki

Mekanik Kuvvet – Yük Deformasyon

Termal Isı Isı İletimi

Elektrik Elektrik Alan Elektriksel İletkenlik

Manyetik Manyetik Alan Mıknatıslanma

Optik Işık Yansıtma Ve Soğurma

Kimyasal Kimyasallar Aşınma - Korozyon

• İstenilen özelliklerin sağlanabilmesi için malzeme uygun yapıya sahip olmalıdır.

12

Yapı

Atom-altı Seviye: Bir atomun atomlar arası etkileşimi belirleyen elektron, proton, nötron yapısı ve bunların etkileşimi. [Atom Yapısı- Bölüm 2]

Atomik Seviye: Atomların malzeme içindeki üç boyutlu dizilimi (Aynı atom farklı düzenlerde çok farklı özellikler ortaya çıkartabilir. Örneğin elmas ve grafit) [Atomlar arası bağlar, Kristal yapısı, kusur ve safsızlıklar – Bölüm 2 ve 3]

Mikroskopik yapı: Malzemenin mikroskop altında incelenmesi ile tanımlanabilecek düzenleri

Makroskopik yapı: Çıplak gözle tanımlanabilen

yapısal özellikler

(7)

13

Elmas ve grafit saf karbon içermelerine rağmen malzeme özellikleri tamamen birbirinden farklıdır.

Bu farklılıklar katı içerisinde atomların farklı düzenlenmesinden doğar.

14

Malzemeler genel olarak atom yapılarına ve kimyasal bileşimlerine göre 3 ana gruba ayrılır.

Metaller

Polimerler

Seramikler

From Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister, 7th edition

(8)

15

Özellikleri Örnekleri

Metaller ve Alaşımları Atomları düzenli,

Elektriksel iletkenlikleri yüksek, Sert, dayanıklı,

Kırılmaya karşı dirençleri yüksek

Bakır, demir, altın, nikel, titanyum

Seramikler Isı ve elektrik iletkenlikleri düşük, Gevrek, kırılmaya yatkın

Kil, Porselen, Cam, Alüminyum oksit (Al₂O₃)

Polimerler Elektrik iletkenlikleri düşük Sıcaklığa dayanıklı değil Neme karşı dayanımı yüksek Manyetik özellik göstermez Kolay şekil verilebilir

Polietilen, epoksi, naylon

16

Bunun yanı sıra iki veya daha fazla malzemeden üretilen kompozitler , tek bir malzemeden elde edilemeyen özellikleri sağlar.

Yüksek teknoloji ürünlerin üretiminde kullanılan malzemeler ise İleri Malzemeler ya da elektronik Malzemeler olarak adlandırılabilir ve kabaca şöyle sınıflandırılabilir

• Yarıiletkenler

• Biomalzemeler

• Akıllı malzemeler

• Nanomalzemeler

(9)

ATOM YAPISI ve ATOMLAR ARASI BAĞLAR

BÖLÜM 2

2.1.Atom Yapısı

• Kütle :

– Proton ve Nötron: ~ 1.67 x 10

^-27

kg – Elektron: 9.11 x 10

^-31

kg

• Yük :

– Elektron : - 1.60 x 10

^-19

C – Protons: + 1.60 x 10

^-19

C – Nötron ise nötrdür.

A X _Z

ATOM = (PROTON+NÖTRON) + ELEKTRON Çekirdek

Atom numarası Proton sayısı=Elektron sayısı Kütle numarası

Proton+Nötron sayısı

(10)

2.2. Atom Modelleri

• Thomson Atom modeli

• Rutherford Atom modeli

• Bohr Atom modeli

• Kuantum Mekaniksel model (Dalga Modeli)

2.2.1. Bohr Atom modeli

orbital electrons:

n = principal quantum number

n=3 2 1

Çekirdek

Yörünge elektronları n= baş kuantum sayısı

(11)

2.3. Kuantum Sayıları

n, l , m_l, m_s

• n Baş kuantum sayısı Elektronun çekirdekten uzaklığı

• l Yörünge açısal momentum kuantum sayısı alt-kabuklar, Alt-kabukların şeklini tanımlar

• m_l Yörünge manyetik kuantum sayısı

Alt-kabuklardaki enerji seviyesi sayısını belirler!

• m_s Spin manyetik kuantum sayısı Spin momenti

Pauli dışarlama ilkesi: bir atomda aynı kuantum sayısı setine sahip sadece 1 elektron bulunabilir.

Baş kuantum sayısı, n = 1 , 2 , 3, … gibi tam sayılar olabilir

Aynı n değerine ait orbitallere kabuk denir.

n’nin değeri K, L, M, N gibi kabuklara karşılıktır. Bir n sayısına sahip enerji kabuğunda en çok 2n²adet elektron olabilir.

Yörüngesel açısal momentum kuantum sayısı l’nin alabileceği değerler n’ye bağlıdır. Verilen bir n için l 0 ile (n-1) arasındaki tam sayılar olabilir.

Örnegin, n = 1 ise l = 0 n = 2 ise l = 0 , 1 n = 3 ise l = 0 , 1 , 2

(12)

23

l’nin değeri genellikle, s , p , d gibi harflerle gösterilir.

Aynı n ve l değerindeki bir veya daha fazla orbital ise alt kabuk olarak adlandırılır.

Örneğin, n = 2 kabuğu, iki alt kabuktan ( l = 0 ve 1 ) oluşur.

Bu alt kabuklar 2s ve 2p alt kabuklarıdır.

Burada 2 sayısı n değerini s ile p de l değerlerini işaret eder.

(13)

25

Yörünge manyetik kuantum sayısı m

_l

Bir altkabuk içinde, m

_l

’nin değerleri açısal momentum kuantum sayısı olan l’e bağlıdır.

Verilen bir l için ( 2l + 1 ) adet m

_l

olabilir ve bu sayılar aşağıdaki şekilde bulunur :

-l , ………. 0, ………. +l Örnegin,

l = 0 ise, m

_l

= 0

l = 1 ise, m

_l

= -1, 0, 1

l = 2 ise, m

_l

= -2, -1, 0, 1, 2

Bir elektronun iki olası dönmesi-spini (saat ibresi yönünde ve tersi yönünde), elektron dönüş (spin) kuantum sayısı, m

_s

ile gösterilir ve

m

_s

= +1/2, -1/2 olmak üzere 2 değer alır

(14)

27

2.4. Elektron Konfigürasyonları

2 He 1s2

10 Ne 1s22s22p6 18 Ar 1s22s22p63s23p6

2 2 6 2 6

Bir atomun elektron konfigürasyonu enerji seviyelerinin elektronlarca nasıl doldurulduğunu gösterir.

Ancak enerji seviyeleri küçükten büyüğe sayısal düzen de değildir.

Aufbau prensibi olarak adlandırılan bir kurala uyarlar.

Örneğin;

Atom numarası 26 olan Demir için

(15)

C’un Atom numarası 6

30

•Taban enerji durumu Bir atomun elektronları en düşük olası enerji seviyelerini

doldurduğunda atomun taban enerji durumunda olduğu söylenir.

Valans (değerlik) Elektronları

En

dış

kabukta bulunan elektronlardır ve bütün bağlardan ve atomlar arası ilişkilerden sorumlu olduklarından son

derece önemlidirler.

(16)

32

Element:

Kimyasal olarak kendinden daha basit maddelere ayrılamaz. Temel birimi atom’dur.

(Örnek : H,O)

Bileşik:

İki ya da daha fazla cinste atomun bir araya gelerek

oluşturduğu saf modellere denir. Bileşiklerin en küçük

yapı taşı molekül’dür.(Örnek : H

₂

O)

(17)

33

2.5. Periyodik Tablo

Periyodik tablo elementlerle ilgili önemli bilgiler içerir ve atomik boyut, erime noktası, kimyasal reaktivite ve diğer özellikler ile ilgili eğilimlerin belirlenmesinde yardımcı olur.

Satırlar : PERİYOT

Sütunlar : GRUP ;Benzer valans elektron yapısına sahiptirler

(18)

35

Elektronegatiflik (Elektron ilgisi):

Bir atomun kendine elektron çekme derecesidir.

Elektronegatif elementler metal olmayan elementlerdir.

Kimyasal reaksiyonlarda elektron alarak negatif iyonlar (anyon) oluştururlar.

Doğadaki elektropozitif elementler metallerdir.

Kimyasal reaksiyonlarda elektron vererek pozitif iyon (katyon) haline gelirler.

Elektronegatiflik kavramı atomik bağların anlaşılmasına yardımcı olur.

Alkali Metaller Toprak Alkali Metaller

Halojenler Asal Gazlar Geçiş Elementleri

Elektropozitif

+ iyon olmak için elektron verir

Elektronegatif - İyon olmak için elektron alır.

(19)

İyonlaşma enerjisi artar Atom Numarası artar

Atom Numarası artar İyonlaşma enerjisi azalır Metalik özellikler azalır

Metalik özellikler artar

Atomik Yarıçap artar

Atomik Yarıçap azalır

38

Atomik bağlanmanın temelini anlamak için birbirinden çok uzak iki atomu birbirine yaklaştırdığımızda meydana gelen atomik etkileşmelere bakmakta fayda vardır.

• İki atom bir araya geldiğinde iki atomun değerlik elektronları ve (+) yüklü çekirdekleri birbirleri ile etkileşir.

• Bu etkileşimin sonucunda genellikle atomlar arasında bir bağ kurulur ve bir molekül oluşur.

• Atomların bağ yapma eğiliminin nedeni iki atomun bir araya gelerek oluşturdukları sistemin enerjisinin ayrık oldukları halden az olmasıdır.

• Atomlar arası mesafe azaldığında atomlar birbirine kuvvet uygular. Bu kuvvet 2 türlüdür; itme (F_R) ve çekme (F_A) kuvvetleri.Büyüklükleri ise atomlar arası mesafeye bağlıdır.

2.6. Atomik Bağlar

(20)

BÖLÜM 2 Y.Doç.Dr. N.B. Teşneli Ayrık atomlar

İtme Kuvveti Çekme Kuvvet, Net Kuvvet

Çekmeİtme

Kuvvet

Atomlar arası mesafe, r Molekül

Kuvvet- Atomlar arası mesafe

F_A ve F_Rkuvvetlerinin r ile değişimi birbirinden farklıdır.

F_A çekme kuvveti, r ile yavaşça azalırken F_Ritme kuvveti r ile hızla artar.

F_Riki atom birbirine yaklaştıkça çok büyük değerlere ulaşır.

İki atom birbirlerine yaklaştığında her bir atomun dış kabukları üst üste gelerek itici bir kuvvet ortaya çıkartır ve azalan mesafe ile F_R baskın olur.

Denge Durumunda F_N=0= F_A+ F_R İki atomun bir araya gelişinde

başlangıçta çekme kuvveti itme kuvvetinden fazladır. Net kuvvet

F_net= F_A+F_R

40 E_R İtme Enerjisi

E_AÇekme Enerjisi E Net Enerji

Çekmeİtme

Potansiyel Enerji

Potansiyel Enerji- Atomlar arası mesafe

Bu durumda iki atom birbirlerinden belirli bir mesafe uzaklıktadırlar.

Bu mesafeye denge mesafesidenir ve atomlar arası bağ uzunluğunu belirler.

Diğer bir ifade ile iki atomdan oluşan sistemin potansiyel enerjisi minimumdadır.

Yani bir molekülün oluşması için sistemin minimum potansiyel enerji durumunda olması gerekir.

Minimum potansiyel enerji iki atom arasındakibağlanma enerjisitanımı için de kullanılır.

F_N=0, net kuvvetin 0 olması durumu enerji diyagramında dE/dr=0 olması durumuna karşılık gelir.

(21)

41

Birbirine yaklaşan elektron bulutlarının sebep olduğu çekim etkisi (Pauli prensibi)

İtme Enerjisi, U_R

Çekme Enerjisi, U_A

Net Enerji, U

Potansiyel Enerji , U

Atomlar arası mesafe, r

42

İki atom için anlatılan bu yaklaşımlar daha fazla atomun birbirlerine bağlanmasında veya milyonlarca atomun bir araya gelerek katıyı oluşturmasında da benzerdir.

Bağlanma enerjisinin büyüklüğü ve potansiyel enerji-Atomlar arası mesafe grafiğinin şekli malzemeden malzemeye değişir ve her ikisi de atomik bağ türüne bağlıdır.

F-r ya da E-r grafiklerinin şekline bakılarak bazı malzeme özellikleri ile ilgili yorum yapılabilir.

(22)

2.7. Birincil Atomlar-arası Bağlar 2.7.1. İyonik Bağlar

Elektron verir Elektron alır

NaCl MgO CaF2

CsCl

İyonik bağlar komşu atomlar arasında elektron transferi ile sağlanır.

44

Na 11 elektrona yani tam dolu dış kabuk için gerekli olandan 1 fazla elektrona sahiptir ve bu elektronu verip kolayca üst kabuğu dolu Ne’na benzeyen bir iyona dönüşebilir.

Cl 17 elektrona sahiptir ve üst kabuğunda 5 elektron bulundurur ve tam dolu dış kabuğa sahip olmak için 1 elektron almaya hazırdır.

e^-verir 10 e^-kalır

e^-alır 18 e^-olur

+ ve – yüklü iyonlar sahip oldukları yükler nedeni ile birbirlerini çekerler. Bu çekme kuvveti ile kapalı kabuklardaki itme kuvveti birbirini dengeleyene kadar 2 iyon birbirini çeker ve sistemin potansiyel enerjisi azalır. Böylece iyonik bağ ile oluşan bir NaCl molekülü ortaya çıkar.

(23)

• Farklı yüklü iyonlar her yönde komşu iyonu eşit kuvvetle çeker.

Dolayısıyla iyonik bağlaryöne bağlı değildir.

• İyonlar farklı yüklü komşu (kordinasyon sayısı) iyon sayısını maksimum tutacak şekilde bir araya gelirler..

(24)

48

NaCl gibi iyonik bağ ile bir araya gelen moleküllerin oluşturdukları katılara “iyonik kristaller” denir. İyon bağı nedeni ile pek çok ortak özellikleri vardır.

• Sert ve kırılgan malzemelerdir.

• Bağlanma enerjileri 2-4 eV/atom civarındadır.

• Kristal içinde dolaşan serbest elektronları yoktur. Bu nedenle elektriksel iletkenlikleri düşüktür, yalıtkandırlar.

• Görünür ışık için geçirgendirler.

• Su gibi polar sıvılar içerisinde kolay çözülürler.

(25)

2.7.2. Kovalent Bağlar

Kovalent

bağlarda kararlı elektron

konfigürasyonu komşu atomlar arasında elektron paylaşımı ile sağlanır.

shared electrons from carbon atom

shared electrons from hydrogen atoms

H H

H

H C

CH4

FromMaterial Science and Engineering, 8^thEdition, W.D.Callister, ( John Wiley & Sons, 2011)

•• Karbon atomu Karbon atomu tarafından paylaşılan tarafından paylaşılan

elektronlar elektronlar

•• Hidrojen atomu Hidrojen atomu tarafından paylaşılan tarafından paylaşılan

elektronlar

(26)

51

Her karbon atomu değerlik bandında 4 elektron her hidrojen atomu ise değerlik bandında 1 elektron bulundurur.

Her hidrojen atomu değerlik elektronlarını karbon atomunun elektronları ile paylaştığında H, He elektron konfigürasyonuna C ise Ne konfigürasyonuna benzer bir yapıya sahip olur.

Ortak kullanılan elektronlar ait oldukları atomlar arasında bir bağ oluşturur. Bu bağ kovalent bağdır.

oluşan bu molekül Metan’dır ve gaz formundadır.

Bağ yapan elektronlar arasındaki elektrostatik etkileşim nedeni ile Hidrojen atomları üç boyutta tetrahedronun köşelerine, aralarındaki açı 109.5^o olacak şekilde yerleşir. Sonuç olarak sistem kendine ait potansiyel enerjiyi minimum yapacak yeni bir düzen oluşturur.

Bu paylaşım ile üç boyutta birbirlerine kovalent bağ ile bağlanmış karbon yapısı elde edilir.

Bu yapı ‘Elmas’ yapı olarak bilinir.

(27)

He - Ne

- Ar

- Kr

- Xe

- Rn

- F 4.0 Cl 3.0 Br 2.8 I 2.5 At 2.2 Li

1.0 Na 0.9 K 0.8 Rb 0.8 Cs 0.7 Fr 0.7 H 2.1

Be 1.5 Mg 1.2 Ca 1.0 Sr 1.0 Ba 0.9 Ra 0.9

Ti 1.5

Cr 1.6

Fe 1.8

Ni 1.8

Zn 1.8

As 2.0

SiC C(diamond)

H2O

C 2.5

H2

Cl2 F2

Si 1.8 Ga 1.6

GaAs

Ge 1.8

O 2.0

column IVA

Sn 1.8 Pb 1.8

Adapted from W. D. Callister, Materials Science and Engineering: An Introduction John Wiley 2003, 6th edition

2 2 2 2 4 3

atomlardan oluşan moleküller; elmas, silikon, germanyum gibi elemental katılar ve GaAs, InSb, SiC gibi bileşikler kovalent yapıya sahiptir.

N’ adet değerlik elektrona sahip bir atom en fazla 8-N’ sayıda kovalent bağ yapabilir.

54

• Paylaşılan elektronlar ve (+) yüklü çekirdek arasındaki kuvvetli elektrostatik etkileşmeden dolayı kovalent bağ enerjisi tüm bağ çeşitleri içinde en yüksek olanıdır.

• Bunun sonucunda erime noktası çok yüksek ve çok sert katılar ortaya çıkar.

Buna örnek olarak karbondan oluşan ve bilinen en sert malzemelerden olan elması verebiliriz.

• Ayrıca kovalent bağlar sadece bağa katılıp elektronlarını paylaşan 2 özel atom arasında meydana geldiğinden yöne bağlıdır.

(28)

55

• İyonik katılara göre bağlanma enerjileri büyüktür.

(4-7eV/atom). Bu da yüksek erime ve kaynama noktası değerleri oluşturur.

• Neredeyse hiçbir çözücü içinde çözülmezler.

• Elektriksel iletkenlikleri düşüktür.

Yük taşıyıcılarının atlamak zorunda oldukları yasak band aralığı değerine bağlı olarak yalıtkan ya da yarı iletkendirler.

• Sert ve kırılgan yapıdadırlar.

2.7.3. Metalik Bağlar

Metal atomları serbest hale gelmeleri zor olmayan yalnızca bir kaç tane değerlik elektronuna sahiptir. Birden fazla metal atomu katı oluşturmak üzere bir araya geldiklerinde değerlik elektronları ait oldukları atomlardan kolayca ayrılır ve tüm atomlara ait olan elektron grubu haline gelir.

Metal içinde serbest kalan değerlik elektronları iyonlar arası boşluğu dolduran bir ‘elektron gazı’, ‘elektron bulutu’ ya da

‘elektron denizi’ ne benzetilir.

(29)

Negatif yüklü elektron gazı ile metal iyonları arasındaki çekim enerjisi elektronları başlangıçta metal iyonlarından ayırmak için gerekli enerjiyi karşılar.

Serbest elektronlar + yüklü iyon çekirdeklerini perdeleyerek iyonlar arasında oluşacak karşılıklı itme kuvvetini de önler.

Metal içinde bağlanma serbest elektron bulutu ile metal iyonları arasında ortaya çıkar.

Dolayısıyla metalik bağlar da yöne bağlı değildir.

58

• (+) yüklü örgü iyonları ile (-) yüklü elektron bulutu arasındaki Coulomb Etkileşimi ile oluşurlar.

• Bağlanma enerjileri genel olarak 1-4 eV/atom aralığındadır.

• Elektriksel iletkenlikleri yüksektir.

• Isıl iletkenlikleri yüksektir.

• Görünür ışığı soğururlar (geçirgen değildirler)

• Kırılmaya karşı yüksek direnç gösterirler.

(30)

2.8. İkincil Bağlar ya da Van Der Waals Bağları

İkincil Bağlar = Van Der Waals Bağları= Fiziksel Bağlar Elektron transferi ya da paylaşımı yoktur

Atomik/moleküler dipol etkileşimleridirler Zayıf bağlardır (< 100 KJ/mol ya da < 1 eV/atom)

• Kalıcı Dipol Bağları (Polar Moleküller - H

₂

O, HCl...)

•Polar molekül- indüklenmiş dipol Bağları

•Salınan İndüklenmiş Dipol Bağları (Asal Gazlar, H

₂

,Cl

₂

…)

Bazı moleküller (Polar Molekül)pozitif ve negatif bölgelerinin asimetrik düzenleri nedeni ile kalıcı dipol momentlerine sahiptirler (H₂O, HCl).

Uygun şekilde yerleşmiş komşu polar moleküller arasında Kalıcı dipol bağları oluşur. Bunlar ikincil bağlar arasında en kuvvetli olanlardır.

Birbirinden belli bir mesafede ayrılmış eşit büyüklükte fakat zıt işaretli iki yük sisteminin oluşturduğu yapıya

“elektrik dipol”leri denir.

(31)

61

Polar moleküller komşu apolar moleküller üzerinde dipoller indükleyebilirler ve bu indüklenmiş ve kalıcı dipoller arasındaki çekim nedeni ile kalıcı dipol (Polar Molekül)- indüklenmiş dipol Bağları oluşur

Adapted from Fig. 2.13, Callister 6e.

62

Bazen elektriksel olarak simetrik atom ya da moleküllerde de elektron bulutunun salınımı (hareketi) nedeni ile elektriksel dipoller oluşabilir. Bir atomun elektrik alanının salınımı komşu atom tarafından hissedilir ve bu atomda bir indüklenmiş dipol momenti oluşur. Bu durumda Salınan İndüklenmiş Dipol Bağları’nı ortaya çıkarır. Bunlar ikincil bağlar arasında en zayıf olanlardır. (Asal Gazlar, H

₂

,Cl

₂

…)

(32)

Hidrojen Bağı

En kuvvetli ikincil bağ tipi olan ‘hidrojen bağları’ özel bir polar molekül bağıdır. Hidrojenin Flor, Oksijen, Nitrojen gibi kovalent bağlarla bağlandığı moleküllerde ortaya çıkar.

Hidrojen Bağı

MSE 2090: Introduction to Materials Science Chapter 2, Bonding University of Virginia

Her H-F, H-O ya da H-N bağında hidrojen tek elektronunu diğer atomla paylaşır ve bağın bir ucunda hiçbir elektronla çevrelenmeyen çıplak hidrojen çekirdeği (+ proton) kalır. İşte molekülün bu (+) yüklü ucu komşu moleküle kuvvetli bir çekim etkisi uygulayarak hidrojen bağını oluşturur

EEM 102 ELEKTRİK MALZEMESİ