Bağ türlerinin atom düzenine etkisi

Kristal yapı adını verdiğimiz periyodik düzenin metalik malzemelerde seramik ve polimerlere kıyasla daha sık ortaya çıktığını görüyoruz. Bu konu başlığında kristal düzenin metallerde daha kolay kurulmasının nedenleri üzerinde duracağız.

Atomlar arası bağlardan bahsederken, metalik bağ kurulduğunda atomların sahip oldukları bütün dış yörünge elektronlarını ortak bir elektron bulutuna bıraktıklarını, ve artı yük kazanarak bu bulut içinde birbirlerine bağlandıklarını belirtmiştik. Oluşan bu elektron bulutu kristal yapıdaki atomları bir anlamda çevrelediği için, kovalent ya da iyonik bağlarda olduğu gibi, atomların birbirlerine göre hangi açılarda konumlanabilecekleri üzerinde bir kısıtlama yaratmıyor.

Kovalent bağ kurulduğunda ise, atomlar birbirlerine göre belli açılarda konumlanmak durumunda kalıyorlar. Bunun nedeni, atom çekirdeği etrafındaki elektron dağılımının bazı kısıtlamalara tabii olması. Bu kısıtlamayı basitçe şu şekilde tarif edebiliriz: eksi yüklü elektronlar artı yüklü çekirdeğin etrafında son derece hızlı ve düzensiz bir şekilde hareket ederken, çekirdeği – kaba bir tarifle – her yönden birden çekerek dengeliyorlar. Eğer bu çekim bu şekilde, dengeli bir halde olmasaydı, örneğin bütün elektronlar çekirdeğin tek bir tarafında toplansalardı, artı yüklü çekirdek ve eksi yüklü elektron kümesi arasında kaçınılmaz olarak bir çekim oluşacaktı. Elektronların çekirdek etrafına dengesiz dağıldığı bu gibi durumlar çok çok kısa zaman dilimleri için ortaya çıksa da, hemen ardından gelen zaman diliminde elektronlar bambaşka bir dağılım göstererek bu çekimi ortadan kaldırıyorlar. Yani bir anlamda çekirdeği dengeliyorlar diyebiliriz.

Bu nedenle, atomlar arasında kovalent bağ kurulduğunda, elektronlar bu atom kümesindeki hiçbir artı yüklü çekirdek üzerinde net bir çekim yaratmayacak bir şekilde dağılım gösteriyorlar. Bu geometrik kısıtlama nedeniyle kovalent bağ kuran atomlar birbirlerine göre belli konumlarda bulunmak zorunda kalıyor.

İyonik bağla bağlanan elementlerde de, metalik bağda olduğu gibi, bir yön dayatması yok: herhangi bir yönde birbirlerine bağlanabiliyorlar. Ancak iyonik bağla bağlanan elementlerin elektron verme ya da alma ihtiyacı farklı olması gerektiği için, yani farklı elementlerin biraraya gelmesiyle oluştuğu için, bağ kuran atomların boyutları arasındaki farklar önem kazanmaya başlıyor.

Konuya son vermeden önce bu başlık altında konuyu oldukça basit bir şekilde ele aldığımızı belirtmemizde fayda var. Örneğin metalik bağda oluşan elektron bulutu her ne kadar kovalent bağdaki gibi bir kısıtlamanın ortaya çıkmasını engelliyor olsa da, atomların nasıl bir periyodik düzen içinde birbirlerine bağlanacakları yine sahip oldukları elektronlar tarafından belirleniyor. Elektron yoğunluğu ve kristal düzen arasındaki bu ilişkinin derinine inmekten şimdilik kaçınacağız. Burada bizim için önemli olan, metallerde kristal yapının neden daha sık ortaya çıktığını anlamamız. Bunun birinci sebebi, yukarıda da bahsettiğimiz gibi, metalik bağda kovalent bağda olduğu gibi kuvvetli bir yön kısıtlamasının olmaması. İkinci nedeni ise, iyonik bağın aksine, saf metallerin kristal yapısının tek tür atomlardan oluşuyor olması; yani, atomlar arasındaki boyut farkının kristal yapı üzerinde bir etki yaratmıyor olması.

Bir sonraki konu başlığında, metallerde karşımıza çıkan kristal yapıları nasıl sınıflandırdığımız üzerinde duracağız. Bu kristal yapıları metallere mahsus olarak değerlendirmemizin nedeni, polimer ve seramiklerde gördüğümüz kristallerin aksine tek tür atomdan oluşuyor olmaları. Birkaç farklı atomdan meydana gelen daha karmaşık kristal yapılardan seramiklerin kristal yapısı konu başlığında bahsedeceğiz.


Devamı: