VII.BÖLÜM: 14.GRUP ELEMENTLERİ

1. VII.BÖLÜM: 14.GRUP ELEMENTLERİ

3. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, Elmas:Elmas olarak adlandırılan allotropunda, bir karbon atomu, çevresindeki dört karbon atomu ile dört σ bağı oluşturmuştur. Karbon atomları bir tetrahedral düzenlemeye sahiptir. Hibridleşme modeli, elmasta karbon atomlarının sp3hibridleşmesi yaptığını ve σ bağlarımn sp3hibridlerinin örtüşmesinden oluşmuştur. Her karbon atomu kendisini çevreleyen dört karbon atomuyla düzgün dörtyüzlü meydana getirecek şekilde bağlanmıştır. İki tâne kare tabanlı piramidin taban tabana gelmiş şekli görünümündedir. 12 yüzlü ve kübik kristal yapıları da vardır. Kristallerin rengi beyaz, kahverengi, siyah veya renksiz olabilir. Elmas yapısında elektronlar, kovalent bağlarla bir bölgede bulunduklarından yapı boyunca hareketleri kısıtlanmıştır. Bu nedenle, elmas iletken değildir. • Elmasın, ışığı kırma indisi çok yüksektir. Yâni içeri kabul ettiği ışın yansıttığı ışına göre fazladır. Beyaz ışını renklere ayırma kâbiliyeti de oldukça yüksektir. Radyasyonları tutma özelliklerine göre iki tiptedirler. • Birinci tip, görünen ışını absorbe edenler (soğuranlar, emenler); ikinci tip ise, mor ötesi ve kızıl ötesi ışınları absorbe edenlerdir. İkinci tip elmaslar tabiî hâlde mâvi renklidirler.

4. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, Mücevherler: Değerli taşlar olarak kullanılan elmaslar genel olarak doğal elmaslardır. Endüstriyel amaçlar için ya sıradan doğal elmaslar ya da, gittikçe artarak, yapay elmaslar kullanılır. Kömürün elmasa dönüştürme hevesleri eski çağlardan beri düşünülmektedir. Termodinamik hesaplamalar grafitin elmasa dönüştürülmesi için en az 10.000 atmosfer basınç gerektiğini göstermiştir. Bununla beraber ilk defa 1955 yılında 100.000 atmosfer basınç altında 2500°C sıcaklıkta ve krom katalizör kullanılarak sentetik elmas elde edilmiştir. Ancak parçalar genellikle küçük ve siyah renkli olup, nâdiren mücevher evsafında olabilmektedir. 1962’de yapılan bir çalışmada 200.000 atmosfer basınç ve 5000°C sıcaklıkta katalizörsüz olarak grafit elmasa dönüştürülmüştür. Ancak bu elmasların hiçbir zaman doğal elmasların yerini tutmadığı görülmüştür.

5. Elmasın özellikleri: • Elmasta C atomları sp3hibritleşmesi yapmışlardır. • Her C atomu 4 kovalent bağ yapmıştır. • Elmaslar, bağ yapısından dolayı aşırı derecede sert maddelerdir. (Mohs sertlik ölçeğine göre 10) • Yine bağ yapısından dolayı elektrik akımını iletmezler. • Yüksek bir ısısal iletkenliğe sahiptir(ısıyı çabucak dağıtırlar). • Bir diğer özelliği ise fazla kırılgan olmamasıdır. • Molekül yapısından dolayı elmasın içine girebilen tek şey ışıktır. • Elmas, karbonun çok yüksek basınçlarda daha kararlı olan bir şeklidir. Teorik olarak, 1000-2000 °C sıcaklık aralığında ısıtılmış grafite, 105atm ya da daha yüksek bir basınç uygulanarak, elmas elde edilebilir. • Oda sıcaklığında ve basıncında, elmasın grafite dönüşeceğini bekleyebiliriz. Ancak elmas gibi kuyumculuk endüstrisinde kullanılan değerli taşların bağ ve kristal yapılarında yeni düzen gerektiren faz değişmeleri çoğu kez aşırı derecede yavaş yürür. • Elmasın kullanım alanları: • Elmastan daha sert bir madde yoktur. Bu sebeple aşındrıcı madde olarak kyllanılır. • Elmaslar yüksek bir ısısal iletkenliğe sahip olup çelik ve diğer sert maddelerin kesme ve delme işlemlerinde kullanılan matkapların uçlarına takılır. • Isının hızlı bir şekilde dağılması, delme ve kesme işlemini hızlandırır ve matkabın ucundaki elmas parçalarının ömrünü uzatır. • Yeni bir buluş sonucu, metallerin üzerine doğrudan çöktürülüp kaplanmasıyla elmas filimler hazırlanmıştır.

6. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, Grafit: Karbonun diğer allotropu olan grafitte, karbon atomlarının kovalent bağlarla oluşturduğu altıgen halkalar içeren tabakalar bulunur. Hibridleşme modeline göre, grafitte karbon atomları sp2hibritleşmesi yapmıştır. Altıgen halkalarda C-C, σ bağı sp2 hibridlerinin örtüşmesinden oluşmuştur. • Hibridleşmeye girmeyen ve altıgen halkalara dik olan p orbitallerinin örtüşmesiyle oluşan π moleküler orbitaller tüm tabakayı kapsamıştır. Bu orbitallerdeπ elektronlarının kristal boyunca hareket etmesi nedeniyle grafit elektriksel iletkendir. Tabakaları bir arada tutan kuvvet van der Waals kuvvetleridir. Bu nedenledir ki, tabakalara dik uygulanan kuvvete grafit, dikkate değer ölçüde direnç gösterirken, yatay uygulanan kuvvet ile kolayca kırılabilmektedir. • Yerkabuğunda geniş bir alana yayılmıştır ve ticari amaçlar için yeterince zengin grafit yatakları vardır. Bununla birlikte, endüstriyel grafitin büyük bir kısmı kok kömürü gibi karbon içeriği olan maddelerden sentezlenir. Bunun için, karbon içeriği yüksek olan bir madde bir elektrik fırınında 3000 °C civarındaki bir sıcaklıkta ısıtılır. Bu yöntemde karbon atomları, grafit yapısı oluşuncaya kadar büyük halkalı yapılar halinde birbiriyle kaynaşır. • Yapay ipek gibi karbon esaslı lifler, yüksek sıcaklıklara kadar dikkatli bir şekilde ısıtılır ve uçucu maddenin tümü uzaklaştırıldıktan sonra geriye grafit yapısındaki karbon kalır.

7. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, Grafitin Özellikleri: • Şekilde verilen karbon faz diyagramından görüldüğü gibi, grafit sadece oda sıcaklığında değil, 3000 °C ye yakın sıcaklık bölgesinde ve 104atm ve daha yüksek basınçlarda bile kararlıdır. • Grafit, kuru olsa bile, çok iyi yağlama özelliğine sahiptir. Bunun nedeni, karbon atomu tabakalarının birbirlerini oldukça zayıf kuvvetle çekmeleri olup birbirleri üzerinden kolayca kayabilmeleridir. • Grafit ve kil karışımından yapılan ve ince bir çubuk şeklinde dökülen kurşun kalem, kağıt üzerinden kolayca kayar. • Elektrik akımı iletme yeteneğine sahiptir. • Grafitin, döküm kalıplarında, fırınlarda ve diğer yüksek sıcaklıklı ortamlarda kullanılması, onun yüksek sıcaklıklara dayanma yeteneğine dayanır. • Grafitin kullanım alanları: • Grafit kayganlık özelliğinden dolayı "kurşun" kalem yapımında kullanılır. • Elektrik akımı iletme yeteneğinden dolayı grafit, pil ve endüstriyel elektrolizlerin elektrotlarını yapmak için kullanılır. • Grafitin yeni geliştirilmiş bir kullanım alanı, grafit lifleri ile değişik plastiklerin karışımından ibaret olan çok dayanıklı hafif bileşimlerin (alaşımların) yapımıdır. Bu alaşımlar, tenis raketlerinden hafif uçaklara kadar birçok üründe kullanılır.

8. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, • Amorf Karbon (Aktif Karbon): • Karbonun belirgin, kendilerine özgü bir yapısı ya da biçimi olmayan allotropuna amorf karbon denir. • Odun, kömür, hindistancevizi gibi maddelerin çeşitli işlemlerden geçirilmesiyle elde edilir. Hazırlanma işlemi sırasında organik madde yaklaşık olarak 2000 F°'a kadar ısıtılır ve maddeye yüksek basınç uygulanır. Böylece karbon gözenekli yapıya bürünür, yüzeyi artar. Öyleki 1 gramında -kullanım alanına bağlı olarak- 200m² ile 1500m² arasında bir yüzey elde edilir. Gaz halindeki maddelerin adsorpisyonu için mümkün olduğunca küçük gözenekli karbonlar tercih edilir, hindistan cevizi gibi. Eriyik haldeki maddeler için ise daha çok torf ve bitümlü kömür kullanılır. Karbon siyahı, lastik tekerleklerde dolgu maddesi olarak (tekerlek başına birkaç kg), matbaa mürekkeplerinde bir pigment olarak, karbon kâğıdında, daktilo şeritlerinde ve fotokopi makinelerinde kullanılır.

9. 7.1. Karbon allotropları, bağ yapıları ve kullanım alanları, Fullerenler: Son yıllarda, karbon siyahının elde edildiği tepkimeye benzer bir tepkimeden, karbonun yeni allotroplan izole edilmiştir. Bu allotroplar; fullerenler ve grafenlerolarak bilinir. Fulleren: 60 C atomundan oluşan çok kararlı ve küresel (futboltopugibi) yapı, 1985’te keşfedildi. C60 molekülünden başka C20, C24ve C82gibi çok sayıda, başka fullerenler de vardır. Bu bileşikler, helyum atmosferi altında grafitin lazerle bozundurulması sonucu elde edilirler. Azot ve oksijen fulleren oluşumunu engellediğinden, elde edilen kurum (hava ile hidrokarbonların yanması sonucu) fulleren içermez. • Grafen: Karbon atomları 1s ve 2p orbitallerinin birleşimi ile 120 derece açılı sp2 melezleşmesi yaparken boşta kalan pzorbitalleri de grafen malzemesine sıra dışı özellikler kazandırmaktadır. • Grafen yapısında karbon-karbon bağ uzaklığı yaklaşık olarak 1.42 Angstrom iken grafen tabakalarının üst üste gelmesi ile meydana gelen grafitte iki grafen tabakası arasındaki mesafe yaklaşık 3.35 Angstrom'dur. Grafendeki güçlü karbon bağları ona yeryüzündeki bilinen en sağlam malzemelerden biri olma özelliğini kazandırmıştır. Bununla birlikte grafitteki grafen katmanlar arasındaki bağlar oldukça zayıftır. Kurşun kalemi kağıda sürtünce bu zayıf bağlar kırılmakta ve kağıda yayılan grafen ve grafit tabakalar yazı izlerini oluşturmaktadır. Fulleren: Grafen:

10. 7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı, gelecekte kullanım alanları, Nanoteknoloji maddeyi atomik ve moleküler seviyede kontrol etme bilimidir. Genel olarak 100 nm ve daha küçük boyutta malzeme ve aygıt geliştirmekle ilgilidir. (1 nm, metrenin milyarda biridir.) Nonoteknoloji, malzeme bilimi, elektronik, kimya, biyoloji gibi dallardan bilim araştırmacıları, nanoteknoloji çalışmaları yapmaktadır. Günümüzde nanoteknolojinin tıp, elektronik ve enerji üretimi gibi alanlarda uygulanma potansiyeli vardır. Nanoteknolojinin gelişmesini sağlayan buluş ise Tarama Tünelleme Mikroskobu'nun keşfedilmesidir. Bu mikroskop sayesinde iletken bir yüzeydeki atomların yerleri değiştirilebiliyordu. Bu gelişmeyi 1986'da fullerinelerin ve karbon nanotüplerin keşfi izledi. 2000'de ABD'nin nanoteknolojiye yatırım yapması sonucu tüm Dünya'nın birçok ülkesinde nanoteknoloji araştırmaları başlamış oldu.

11. 7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı, gelecekte kullanım alanları, Karbon nanotüpleri: Karbon nanotüpleri kıvrılmış grafin yüzeyi gibi düşünebiliriz. Beyaz kağıdı grafin olarak düşünürsek, boylamasına kıvırıp elde ettiğimiz silindir karbon nanotüptür. Uçları açık ya da kapalı olabilir. Bu kadar basit bir yapıya sahip olmasına rağmen, çok karmaşık bir maddedir. Uzunluk ve çap değerine göre fiziksel ve kimyasal özellikleri çok rahat değişebilir, kendilerine has elektriksel özelliklere sahiptirler. Isıyı iyi iletirler. Karbon nanotüplerin uzunluk-çap oranı 1.000.000 dur. Bu oranı şöyle de hayal edebiliriz: 10 cm çapa sahip 100 km uzunluğunda bir hortumun da uzunluk-çap oranı 1.000.000'dur. Fulleren C-NT için bir ara üründür. İlkin Fulleren oluşturulur. Takiben Fulleren buharlaştırılır ve C-NT elde edilir. FullerenlerGraphenelere ayrışır ve buradan farklı özellikte C-NT üretilir. İlk tek katmalı nanotüpler (C-NT) 1994 yılında Japonyada üretildi, 1996 da seri olarak üretime geçti.

12. 7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı, gelecekte kullanım alanları, Karbon nanotüplerin belirgin özellikleri : • Fulleren C-NT için bir ara üründür, • İnsan saçından 10.000 kat daha incedir, • Tek katmanlı (TKNT) ya da çok katmanlı (ÇKNT) karbon atomlarından oluşur, • Mekanik olarak çok sağlam kovalent bağ ile bağlı, • Farklı yarı çaplarda çok kararlı yapılar, • İletken ve elektrik alana duyarlı, • Kimyasal olarak inerttirler,

13. 7.2.Nano teknoloji ve nanotüplerinin yapısı, gelecekte kullanım alanları, Karbon nanotüplerin uygulama alanları : Enerji Depolama; Hidrojen depolama, Lityum iyon pillerde elektrot, Elektrokimyasal Süper kapasitörler, Elektronik; Magnetik alan yayma cihazları, Tranzistörler, Nano-Cihazlar; Nano-proplar, Nano-sensörler, Nano-yatak ve dişliler. • Karbon nanotüplerin gelecekte uygulama alanları : • C Nanotüplerde iyon ve sıvı taşınımı tasarlanıyor. Amaç, ilaçtaşınımı, iyon taşınımı, enerji taşınımı vs. • C nanotüplerle H taşınımı planlanıyor. Ancak H C tüpe yapışıyor. Yapışma aşılırsa H içeren yakıtlar kullanılabilecek. Binanotüp elektron taşınımını sağlar. • Damarların karbon nanotüplerden yapılması düşünülmektedir. • C nanotüpe fonksiyonel grupların bağlanması. Örnek doku tamirinde kullanılabilir (Adale yırtılması) • Kanser tedavisinde nanotüpler kullanılması hedeflenmektedir.

14. Nanotüplerin Gelecekte Muhtemel Kullanım alanları,

15. 7.3. Karbonun oksitleri (CO,CO2) ve Karbonik asit ve karbonatların özellikleri, doğada ve hayattaki işlevleri, Karbonun önemli oksitleri karbon monoksit (CO) ve karbon dioksittir (CO2) tir. Havada yaklaşık 370 ppm (hacimce %0,037) CO2 bulunur. CO ise çok daha azdır. Bu gazlar havada çok az bulunmalarına karşın, bir çok bakımdan önemlidir. • Karbon oksitlerin oluşumu; • Karbon ye karbon bileşikleri yandığında yalnızca karbon dioksit oluşur. • Örneğin; Benzinin bir bileşeni olan oktan yanınca; Eğer bu yanma sınırlı miktarda hava içinde olursa, karbon monoksitte oluşur. Bu durum, otomobil motorunda yağlı yakıt karışımı yakıldığında da meydana gelir. Oktanın tam yanmadığı durumlarda; tepkimesi gerçekleşir. Hava kirliliğine neden olan CO, fosil yakıtların otomobil motorlarında tam yanmamasından ileri gelir. CO solunum yoluyla zehirleyen bir gazdır. Çünkü, O2 taşıyan hemoglobinin Fe atomlarına CO bağlanır ve O2 molekülleriyle yer değiştirir. Yakıtın tam yanmaması yalnız hava kirliliğine değil, verim kaybına da neden olur. Yanma ürünü olarak CO2(g) dan çok CO(g) oluştuğunda, belirli miktardaki benzinin yanmasından daha az ısı elde edilir.

16. Karbon dioksitin eldesi: • Kok gibi karbon içeren bazı yakıtların yanmasından oluşan baca gazından geri kazanma; • Amonyak üretimin kullanılan hidrojenin eldesinde meydana gelen karbondioksidi geri kazanma; • Kireç taşının 900 0C ta bozunmasıyla, • Karbon monoksit eldesinde en önemli yol, doğal gazın buhar ile muamelesidir. • Metalurjide metal oksitlerinin indirgenmesinde; Örneğin; Taş kömürünün havasız ortamda ısıtılmasıyla oluşan ve oldukça saf karbon olan kok, yüksek fırınlarda karbon monokside çevrilir. Bu CO de demir oksidi demire indirger.

17. Karbon dioksitin özellikleri ve kullanım alanları; Karbon dioksit çoğunlukla (yaklaşık %50 si) kuru buz halinde gıdaların korunması, dondurulması ye taşınmasında soğutucu olarak kullanılır. Yaklaşık %20 si içecek sanayiinde tüketilir. Diğer önemli kullanım alanları petrol yataklarında petrol kuyularının iyileştirilmesi ve yangın söndürme cihazlarının yapımıdır. Karbon dioksiti insanlardan çok bitkiler kullanır. Bitkilerde tüm karbon içeren bileşiklerin kaynağı atmosferdeki karbon dioksittir.

18. Karbonmonoksit,(CO, Ma: 28.01 g/mol) Renksiz, kokusuz bir gazdır. Bazen görüldüğü gibi, sobalarda mavi bir alevle yanar. Çok kuvvetli bir zehirdir. Solunan havada konsantrasyonu artarsa, kana geçer ve CO, kanın hemoglobininin merkez atomu demir iyonuna bağlanarak ölüme sebep olur. Zehirlenme tablosunda baş ağrısı, görme bozuklukları, uyku hali, zihni bulanıklık ve komadır. CO endüstride jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır. Yakıt olarak da kullanılmaktadır. Sigara dumanıyla insanların kanına geçme ihtimali de yüksektir. Karbonmonoksitineldesi; ve kullanım alanları Metan veya diğer hidrokarbonlardan elde edilen ye sentez gazı olarak bilinen CO ve H2 karışımı metanol gibi yeni bir organik bileşiğe dönüştürülebilir. CO endüstride jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır. CO in üçüncü kullanım alanı yakıt olarak kullanılır. Genellikle CH4, H2 ve diğer yanabilen gazlarla karıştırılarak kullanılmaktadır.

19. Karbonatlar: CO2(g) suda çözünerek, genellikle karbonik asit, H2CO3 , denen çözeltiyi oluşturur. H2CO3 zayıf asittir ve iki basamakta iyonlaşır. Bu asit birinci basamakta nötrleştirilirse, hidrojen karbonat, asit karbonat ya da bikarbonat denen bir tuz elde edilir. Yukarıdaki tepkimeler, karbonata bir asit eklenirse tersine dönerler. Karbonik asit CO2 ye H2O ya parçalanır. Bu yöntemle laboratuarda CO 2(g) elde edilir. Karbonatların Özellikleri: • 1A grubu metallerinin karbonatları suda çözünürler ve doğada maden suyu olarak bulunurlar. • 2A grubu ye diğer metallerin karbonatları ise suda çözünmezler ve doğada genellikle mineraller olarak bulunurlar. Kalsit (CaCO3) böyle bir mineraldir. Dolomit (CaCO3.MgCO3) ise diğer bir karbonat mineralidir. • Karbonik asit/karbonat kimyasının önemi, kanın asitliğinin (pH) sabit tutulmasından, mağraların ve sert suların olu§umuna kadar uzanır.

20. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, Silisyumun doğal bileşikleri; Silisyum, yer kabuğunda en bol bulunan elementlerden biridir. Yer kabuğunda silika(SİO2) (kum kuvartz, akik, çakmak taşı); silikatlar (mika; kil; feldispat) minerallerinde bulunurlar. Silisyum ilk kez 1823 yılında J. J. Berzelius tarafından K2SiF6'nın potasyumla indirgenmesinden elde edilmiştir. • Silisyumun Eldesi; • Kuvars ya da kum (SiO2) bir elektrik ark fırınında kok ile indirgendiğinde elementel silisyum oluşur. Güneş pilleri için gerekli çok saf Si, Na2SiF6ın metalik Na ile indirgenmesiyle elde edilebilir. Na2SiF6ın fosfat gübrelerinin oluşumunda bir yan üründür.

21. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, • Silisyumun Özellikleri; • Silisyum, oksijenden sonra yer kabuğunda en bol bulunan (%25,7) elementtir. • Doğada serbest hâlde bulunmaz, bileşikleri hâlinde bulunur. • Cam yapımında kullanılan kumun ana bileşeni olan kuvars, silisyum (IV) oksitten (SiO2) oluşur. • Kararlı, elmas-türü bir kristaldir. • Oda sıcaklığında kararlı olan sadece katı bir oksit (SiO2) oluşturur; ikinci bir oksit (SiO) sadece 1180-2480 °C sıcaklık aralığında kararlıdır. • Silisyumun en önemli özelliği yarı iletken olmasıdır. • Silisyum Karbür, oldukça sert ve aşınmaya karşı direnç gösterir. Silisyum Karbür kimyasal olarak daha istikrarlı bir ürün olup, direnci yüksek olduğundan çok daha geniş kullanım imkanına sahiptir. Metallerin elektrik iletkenliği sıcaklıkla azalırken yarı iletkenlerin iletkenlik özellikleri sıcaklıkla artar. • Bazik ortamda çözünür, H2(g) ve SiO44-(aq) oluşur. • Ana oksianyon SiO42- olup dörtyüzlü yapıya sahiptir. • Yaklaşık altı silisyum atomu ile sınırlı silisyum atom zincirleri oluşturabilme eğilimi gösterirler. • Çoklu bağ oluşturması karbona göre daha az yaygındır. • Yaklaşık tek bağ enerjileri, kJ/mol • Si-Si=226, Si-H=318, Si-O= 464 Silisyum Karbür

22. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, Silisyum Oksitleri Katı fazda silisyum dioksit polimerik yapıdadır. Her silisyum atomunun çevresinde kovalent bağlarla bağlandığı dört oksijen atomu bulunmaktadır. Silisyumun merkezde ve oksijen atomlarının köşelerde yer aldığı bir tetrahedral geometri mevcuttur. S—O bağları, silisyumun sp3hibridorbitali ile oksijenin p orbitalinin örtüşmesinden oluşan bağlarıdır. Silisyum dioksitin hal değiştirmesinde dört σ bağı, iki σ bağı ve daha zayıf olan iki π bağına dönüşmektedir. Bu sebeple silisyum dioksitin erime (1710°C) ve kaynama (2200°C) noktası oldukça yüksektir. Silisyum Karbür, Piyasada iki çeşit silisyum karbür bulunmaktadır. Yeşil Silisyum Karbür özellikle sert ve çok kırılgan bir aşındırıcıdır. Çarpma ve darbelere karşı duyarlıdır. Başlıca sert metal ve seramik gibi malzemelerin, cam ve aside dayanıklı östenitik içyapılı çeliklerin işlenmesinde kullanılır. Siyah Silisyum Karbür çok sert fakat yeşil Silisyum Karbüre nazaran daha az kırılgandır. Yüksek mekanik mukavemet, yüksek oksitlenme direnci ve termal şok direnci gibi özelliklere sahip silisyum karbür bazlı malzemeler, pişirilme fırınlarında kullanılan refrakterler içerisinde önemli bir yere sahiptir. Balistik zırh plakalar, aşınmaya dirençli nozul, döküm filtresi, döküm potası ve seramik fırın malzemelerinde silisyum karbür bazlı malzemeler kullanmaktadır.

23. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, Organosilisyum Bileşikleri; • Birkaç silisyum-hidrojen bileşiği bilinmesine karşın özellikle Si-Si tekli bağlarının kuvvetli olmamasından dolayı, silanlardenen bu bileşiklerdeki zincir uzunluğu altı Si atomu ile sınırlı kalır. Silanların bir ya da daha çok H atomu yerine başka atom ya da gruplar geçirilerek organosilanlar denen bileşikler elde edilebilir. Si ile metil klorürün doğrudan verdiği tepkime buna tipik bir örnektir. (CH3)2SiCl2nin suyla verdiği tepkime ilgi çekici bir bileşik olan dimetilsilanolu, (CH3)2Si(OH)2, oluşturur. CH3)2SiCl2nin suyla verdiği tepkime ilgi çekici bir bileşik olan dimetilsilanolu, (CH3)2Si(OH)2, oluşturur. Çok sayıda silanol molekülünden H2O moleküllerinin ayrılmasıyla bir polimer oluşabilir. Bu polimerleşme sonucunda, silikonlar denen ve uzun Si- O zinciri içeren moleküllerden ibaret bir madde oluşur. Bir evin "kışa hazırlanması" için, silikon kauçuğu ile pencerelerin macunlanması yararlı olur.

24. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, Silikat Anyonu: • Silikat anyonu, SiO44-, genellikle silikatlarda bulunur. Si atomu düzgün dört yüzlünün merkezinde, dört O atomu da düzgün dört yüzlünün köşelerindedir. • En basit silikat anyonu ortosilikat olarak adlandırılan SiO44-dir. • Pirosilikat (Si2O76-) iyonunda bir oksijen iki SO4birimi tarafından paylaşılmıştır. Her silisyum atomunda iki oksijen atomunun paylaşılmasıyla tek sıra bir zincir yapıya da halkalı bir yapı oluşabilir. Son iki yapıya metasilikat denir ve genel formülleri (SİO3)x2x-

25. 7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapıları, özellikleri ve kullanım alanları, Silisyumun kullanım alanları: Hidratlaşmış silikat polimerleri seramik endüstrisinde önemlidir. Bir kalıba dökülebilen kolloit (sol), sıvının önemli bir miktarı uzaldaştınlınca bir jele dönüşür. Jel sonra işlenerek son seramik ürününe çevrilebilir. Bu sol-jel işlemiyle bazı son derece hafif seramik maddeler elde edilebilir. Sodyum ve kalsiyum karbonatlar kumla kanştırılıp yaklaşık 1500 °C de sıvılaştmlırsa, sodyum ve kalsiyum silikatların bir sıvı karışımı oluşur. Bu sıvı soğutulduğu zaman daha yapışkan olur ve sonunda ışığa karşı saydam olan katı haline dönüşür. Bu katıya cam denir. Kristal katılarda tanecikler düzenli bir şekilde dizildikleri halde camlar amorf katılar olup tanecikler gelişi güzel dizilmiştir. Camdaki yapı birimleri (silikat anyonları) karmaşık bir şekilde dizilmişlerdir. Ayrıca cam ve kristal katı erime davranışlarında farklılık gösterirler. Cam geniş bir sıcaklık aralığında önce yavaş yavaş yumuşayıp sonra eridiği halde, kristal katı belirli ve kesin bir erime noktasına sahiptir.

26. 7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik, • Elementler; elektrik enerjisine gösterdikleri tepkiye bağlı olarak başlıca 3 gruba ayrılırlar. • İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler,

27. 7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik, İletken Maddeler;Elektrik akımı ileten maddelere iletken denir. Örnek; Bakır, gümüş, altın ve alüminyumu iletken maddelere örnek vere biliriz. Bu maddelerin ortak özelliği çok az valans elektronuna sahip olmalarıdır. Dolayısı ile atomlar bu elektronlarını kolaylıkla kaybederler aradaki yasak bandı geçerek (bant kuramı müfredat dışıdır) iletkenlik bandına kolaylıkla geçer ve elektrik akımının iletilmesini sağlarlar. Bu yüzden metallerin durumu deniz elektron modeliyle açıklanmaktadır.

28. 7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik, Yalıtkan Maddeler; Normal şartlarda elektrik akımına direnç gösteren ya da iletmeyen maddelere yalıtkan denir. Yalıtkan maddeler son yörüngelerinde 5 ile 8 arasında valans elektron bulundururlar. Serbest elektron bulundurmazlar. • Bu walens elektronları çekirdek tarafından sıkıca çekildikleri için yasak bandı aşıp iletkenlik bandına geçemediklerinden elektrik akımını iletmezler. Yalıtkan maddelere örnek olarak bakalit, ebonit, plastik,cam..v.b ametalleri sayabiliriz.

29. 7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik, • Örnek;Silisyum ve Germenyum elementlerinin yarı iletkenlik durumlarının incelenmesi; Silisyum ve Germenyumun elektronik yapısı şekildeki gibidir. Son yörüngedeki elektronların paylaşılmasıyla oluşan bu tür bağlara kovalent bağ denir. Her ne kadar kovalent bağ, valans elektronları ile ana atomlar arasında daha sağlam bir bağa yol açsa da, valans elektronlarının doğal sebeplerle yeteri kadar kinetik enerji alıp kovalent bağdan koparak serbest duruma geçmeleri mümkündür. Bu doğal sebepler arasında foton şeklindeki ışık enerjisini ve çevreleyen ortamdaki ısı enerjisini sayabiliriz. Sıcaklık mutlak sıfırdan (0ºK) yükselmeye başladıkça, kristal yapının kazandığı ısıl enerji nedeniyle bazı kovalent bağlar çözülerek serbest elektronlar oluşur. Oluşan bu serbest elektronlar iletkenlik oranını artıracak ve daha düşük bir direnç düzeyine yol açacaktır. İletkenlerin ise birçoğunun direnci sıcaklıkla artmaktadır. Bunun nedeni, iletkendeki taşıyıcı sayısının sıcaklık ile önemli ölçüde artmaması, fakat nispeten sabit olan konumlarının üstündeki titreşme deseninin elektronların geçişini giderek zorlaştırmasıdır. Bu nedenle sıcaklıktaki bir artış, direncin artmasıyla ve bir pozitif sıcaklık katsayısıyla sonuçlanmaktadır. Ge ve Si gibi artan sıcaklıkla dirençlerinde düşüş görülen maddelere, negatif sıcaklık katsayısına sahiptir denir.

30. 7.5. İletkenlik (metalik iletkenlik),Yalıtkanlık, Yarı iletkenlik, Elektron ve Delik (hole) akımı, Bazı valans elektronlar enerji aralıklarından geçerek, valans bandından iletkenlik bandına atlarlar. Bunlara serbest elektron veya iletkenlik elektronları denir. Bir elektron; valans bandından iletkenlik bandına atladığında, valans bandında boşluklar kalacaktır. Bu boşluklara "delik=boşluk” veya "hole” denir. Isı veya ışık enerjisi yardımıyla iletkenlik bandına çıkan her elektron, valans bandında bir delik oluşturur. Bu durum, elektron boşluk çifti diye adlandırılır. İletkenlik bandındaki elektronlar enerjilerini kaybedip, valans bandındaki boşluğa geri düştüklerinde her şey eski haline döner. Şekilde iletkenlik bandındaki serbest elektronların negatif uçtan pozitif uca doğru gittikleri görülmektedir. Bu; serbest elektronların hareketinin oluştuğu akımın bir türüdür. Buna elektron akımı denir. Akımı oluşturan bir diğer tip ise valans devresindeki değişimlerdir. Bu ise; serbest elektronlar neticesinde boşlukların oluşması ile meydana gelir. Valans bandında kalan diğer elektronlar ise hala diğer atomlara bağlı olup serbest değillerdir. Kristal yapı içerisinde rasgele hareket etmezler. Bununla birlikte bir valens elektronu komşu boşluğa taşınabilir. (enerji seviyesindeki çok küçük bir değişimle). Böylece bir boşluktan diğerine hareket edebilir. Sonuç olarak kristal yapı içerisindeki boşluklarda bir yerden diğer yere hareket edecektir. Bu durum yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Boşlukların bu hareketi de ”akım” diye adlandırılır.

31. 7.6. Silisyumun ileri teknoloji açışından önemi, • Silisyum ya da silikon, kullanım alanı en geniş olan elementlerden biridir. Kum ve kil formu, beton ve tuğla yapımında kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda çalışma koşullarına çok dayanıklı bir elementtir. Silikat formuysa, mine, emaye ve çanak-çömlek yapımında önemlidir. • Teknolojide başlıca kullanım alanları; • Çeliğin bileşimine de katılır. • Kusursuz mekanik, optik, termal ve elektriksel özellikler taşıyan en ucuz madde olan kum halindeki silika, camın da esas bileşenidir. • Aşırı saf silisyum, bor, galyum, fosfor ya da arsenik ile güçlendirildiğinde; transistörler, güneş gözeleri ve doğrultucular gibi, elektronik endüstrisinde büyük önem taşıyan aygıtların yapımında kullanılan silikon karışımları elde edilir. • Elektronik mikroçiplerin yapımında yarıiletken olarak kullanılır. • Diatomlar ve radyolaryalar gibi omurgasızların dış iskeletlerinin yapısına katılması nedeniyle de, yaşamsal önem taşımaktadır. Bu dış iskeletler, daha sonra dibe çökerek, çeşitli kayaçların yapısına katılır. • Bitkilerin ve insan iskeletinin yapısında da silisyum bulunur. • Silikon karbid (SiC), bilinen en sert maddelerden biridir.

32. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping), Doplama (doping), Silisyum veya germanyum kristalinin yarıiletkenlik özelliklerini arttırmak için grup III ve grup V elementlerinden eser miktarda ilave edilmesi işlemine doplama denir. P ve N tipi yarı iletken maddelerin oluşturulması, P ve N tipi yarı iletkenler germanyum ya da silisyuma belli oranlarda yabancı madde katılmasıyla oluşturulmaktadır. Son yörüngesinde (valans yörünge) 3 elektron bulunduran maddeler (Indiyum, galyum, alüminyum, bor) kullanıldığında P tipi bir yarı iletken oluşurken, 5 elektron bulunduran maddeler (Arsenik, antimuan, fosfor) kullanıldığında ise N tipi yarı iletken elde edilmektedir.

33. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping), a- N (negatif) tipi yarı iletkenin oluşumu; Son yörüngesinde 4 elektron bulunduran silisyum ya da germanyumun içine (yaklaşık olarak 100 milyonda 1 oranında), son yörüngesinde 5 elektron bulunduran arsenik (fosfor, antimun) maddesi katılmışsa, arseniğin 4 elektronu komşu elektronlarla kovalent bağ yapar. Bir elektron ise boşta kalır. Serbest hale geçen beşinci arsenik elektronu, kristal yapıdaki madde içinde dolaşır. İşte elektron yönünden zengin olan bu karışıma N tipi yarı iletken denir. Kristal yapı içine katılan 5 elektronlu madde bir elektronunu yitirdiği için elektriksel olarak pozitif (+) yüklü iyon duruma geçer. Bu elektriksel durum basit olarak gösterilirken, çekirdek (+) yüklü, serbest halde dolaşan elektronlar ise (-) yüklü olarak ifade edilir. N tipi yarı iletkenin oluşumunda kullanılan maddeler elektron çoğalmasına neden olduklarından, bunlara verici (donör) adı verilir.

34. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping), N tipi yarı iletken haline gelmiş olan maddenin serbest hale geçmiş elektronları çok olduğu için, bunlara çoğunluk taşıyıcılar denir. Yani, N tipi maddede elektrik akımını taşıması işinde "çoğunluk" olan elektronlar görev yapar. N tipi yarı iletkenlerde elektronlar çoğunluk taşıyıcı durumundayken, çok az sayıda olan oyuklar ise azınlık taşıyıcısı durumundadır. N tipi yarı iletkene DC gerilim uygulanırsa, serbest haldeki elektronlar, gerilim kaynağının (+) ucunun çekme kuvveti ve (-) ucunun da itme kuvvetiyle, katyon (+) ucuna doğru akar. Üretecin uçları ters çevrilerek devre gözlenecek olursa elektronların bir öncekinin tersi yönde aktığı görülür.

35. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping), • P (pozitif) tipi yarı iletkenin oluşumu; • Son yörüngesinde 4 elektronu bulunan silisyum ya da germanyumun içine (yaklaşık 100 milyonda 1 oranında) son yörüngesinde üç elektron bulunan bor ( galyum, indiyum, alüminyum) karıştırılırsa, indiyumun üç elektronu komşu elektronlarla kovalent bağ yapar. Silisyum ya da germanyumun elektronlarından birisi ise bağ yapacak indiyum elektronu bulamaz ve dışarıdan elektron kapmak ister. İşte elektron yönünden fakir olan bu karışım elektriksel olarak pozitif yüklü iyon kabul edilir. Elektrona ihtiyaç olan yer bir oyuk (hole, delik,boşuk) ile ifade edilir ve bu pozitif yüklü kabul edilir. Zira oyuk, her an elektron çekmeye uygun durumdadır. Oyuk yönünden zengin olan bu tip karışım da P tipi madde denir.

36. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping), P tipi maddenin durumu basitçe gösterileceği zaman, çekirdek eksi (-) yüklü, oyuklar ise artı (+) yüklü olarak ifade edilir. P tipi yarı iletkenin oluşumunda kullanılan maddeler (indiyum, galyum, bor) elektron azalmasına neden olduklarından, bunlara alıcı (akseptor) adı verilir. P tipi yarı iletkenlerde oyuklar çoğunluk taşıyıcı durumundayken, çok az sayıda olan elektronlar ise azınlık taşıyıcısı durumundadır. P tipi yarı iletkene DC gerilim uygulanırsa, oyuklar gerilim kaynağının eksi (-) ucunun çekme kuvveti ve artı (+) ucunun da itme kuvvetiyle, kaynağın eksi (-) ucuna doğru akar. Üretecin uçları ters yönlü çevrilerek devre gözlenecek olursa oyukların bir öncekinin tersi yönde aktığı görülür.

37. 7.8. Sn,Pb elementlerinin özellikleri ve kullanım alanları, • 4 A gubunun altındaki kalay ve kurşun başlıca metalik özelliklere sahiptirler. Yarı iletken davranış gösteren germanyuma bazan yarı metal denir. Silisyum da yarı iletkendir ve kimyasal bakımdan ametal özellikleri gösterir. Grubun ilk üyeleleri olan karbon ametaldir. • Özellikleri, • Her ikisi de yumuşak, dövülebilir ve düşük sıcaklıklarda erirler. • İki metalin standart elektrot potansiyelleri ve iyonlaşma enerjileri de yaklaşık aynıdır. • Kalay ve kurşunun ikisi de +2 ve +4 yükseltgenme durumunda bulunurlar. • Kalay +4 yükseltgenme basamağını, kurşuna göre daha çok yeğler. • Bir grupta aşağıya inildikçe düşük yükseltgenme basamağında bulunmaya doğru bir eğilim gözlenir ki, bu grup 13 için de geçerlidir. • Kalay ve kurşun arasındaki bir diğer fark, kalayın yaygın iki kristal şeklinde (α ve β) bulunmasıdır. Oysa kurşun tek bir katı şekilde bulunur. Kalayın α (gri) ya da ametal şekli 13 °C ın altında, /β(beyaz) ya da metal şekli 13 °C ın üstünde karar lıdır. Genel olarak β (beyaz) kalay soğutulduğunda, α (gri) kalaya dönüşmesi için 13 °C m altında uzun bir süre tutulmalıdır. Bir kez dönüşüm başlayınca oldukça hızlı meydana gelir ve belirgin şekilde sonuçlanır. • α (gri) kalay β (beyaz) kalaydan daha yoğun olduğundan, kalay genişler ve toz halinde ufalanır. Bu dönüşüm kalaydan yapılmış eşyaların parçalanmasına neden olur. Bazı org boruları kalaydan yapılmış olduğundan, bu durum soğuk iklimlerde kiliselerde özel bir sorun olmuştur. Kuzey Avrupa'da bu dönüşüm kalay hastalığı, kalay vebası ya ada kolay belası olarak adlandırılır.

38. 7.8. Sn,Pb elementlerinin özellikleri ve kullanım alanları, Kalay üretimi; En önemli kalay cevheri kassiterit, SnO2, dir. İlk başta saflaştırılan cevherdeki kalay (IV) oksit, sonra kalay metalini vermek üzere karbon (kok) ile indirgenir. Kalayın kullanım alanları; Üretilen kalay metalinin hemen hemen yarısı kalayla kaplamada, özellikle besinIeri saklamada kullanılan konserve kutuları için demiri kaplamada kullanılır. Ikinci olarak en önemli kullanım alanı (yaklaşık % 25), telleri ya da metal parçalarını birleştirmede kullanılan düşük sıcaklıkta eriyen alaşımlar, yani lehim yapımıdıır. Kurşun üretimi; Kalayın diğer önemli alaşımları bronz (% 90 Cu, % 10 Sn) ve pevter (% 85 Sn, % 7 Cu, % 6 Bi, % 2 Sb) dir. Kalay ve kurşun alaşımları org borusu yapımında kullanılır.  Kurşun başlıca galen (PbS) şeklinde bulunur. PbS önce havada ısıtılarak (kavurma) kurşun okside dönüştürülür. Daha sonra oksit kok kömüırü ile indirgenir ve Pb metali elde edilir. Üretilen kurşunun yarısından fazlası kurşun-asit (akümülatör) bataryasında kullanılır. Diğer kullanıldığı yerler, lehim yapımı ve başka alaşımlar, cephane ve radyasyon kalkanı (X-ışınlarına karşı koruma) dır.

39. 7.8. Sn,Pb elementlerinin özellikleri ve kullanım alanları, Kalay ve kurşunun bileşikleri; Kalay başlıca iki oksit, SnO ve SnO2 oluşturur. SnO havada ısıtılarak SnO2 e dönüştürülebilir. SnO2 mücevher aşındırıcı olarak kullanılır. Kurşunun en iyi bilinen oksitleri sarı PbO (litarj), kırmızı-kahve renli kurşun dioksit, (PbO2) ve kırmızı kurşun(Pb3O4) olarak bilinen karışık değerlikli oksittir. Kurşun oksitler kurşun-asit akümülatörleri, cam, seramik sırlama, çimentolar (PbO), metal koruyucu yağlı boyalar (Pb3O4) ve kibritlerin (PbO2) yapımında kullanıhrlar. Diğer kurşun bileşikleri genellikle oksitlerden elde edilirler. Kurşun +2 yükseltgenme basamağında olmayı yeğlediğinden, Pb (IV) bileşikleri Pb(II) ye indirgenme eğilimi gösterirler ve bu nedenle iyi yükseltgendirler. Bu nedenle, PbO2 önemlidir. Halojenürler Kalayın klorürleri (SnCl2 ve SnCl4) sanayide önemli kullanıma sahiptirler. SnCl2 iyi bir indirgendir ve sulu çözeltide Fe(III) ü Fe(II) ye indirgeyerek demir cevherinin kantitatif analizinde kullanılır. SnCl4, kalay ile Cl2(g) un doğrudan tepkimesinden oluşur; hurda kalay kaplamalardan kalayın yeniden kazanılmasım sağlar. Kalay(II) florür, SnF2 (stannözflorür), diş macununda boşluk dolduran katkı maddesi olarak önemli bir kullanıma sahiptir.

40. 7.8. Sn,Pb elementlerinin özellikleri ve kullanım alanları, Kurşun Zehirlemesi Kurşun biyokimyasal tepkimelere zarar vererek hemoglobindeki demir içeren "hem" grubunu çıkarır. Kanda 10-15pg/100 mL kadar az Pb, özellikle küçük çocuklarda fizyolojik etki meydana getirir. Kurşunlu benzinin kullanılmasının bırakılması kandaki Kurşun zehirlenmesinin yavaş şekli sinirliliğe ve zihinsel depresyona neden olur. Daha ciddi durumlar kalıcı sinir, beyin ve böbrek tahribatına götürür. Kurşunlu benzinin kullanılmasının bırakılması kandaki ortalama kurşun düzeyinin belirgin şekilde düşmesini sağlamıştır. Günümüzde kurşun kirliliğinin başlıca kaynağı olarak, eski yapıların kurşun esaslı yağlı boyalı yüzeyleri ve tesisatların lehimlenmiş ek yerleri görülmektedir. Modern tesisat lehiminden kurşun çıkartılmış olup, şimdi % 95 Sn % 5 Sb karışımı kullanılır. NOT: Bu konu MEB kimya kitabında daha kısa anlatılmış, ama kazanımlarda detaylara girilmiştir. MT