TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ II

Atom altı parçacıklardan elektron eksi yüklü, proton artı yüklü ve nötron ise nötr yani yüksüzdür. Proton ile elektronun yükleri birbirinin zıttı olmakla birlikte büyüklükleri aynıdır ve yaklaşık olarak değeri 1,6×10-19 C’ dur. Atomu oluşturan elektron, proton ve nötron sayısı atomun özelliklerini belirlemektedir.

Her madde atomlardan oluşur. Maddeyi oluşturan atomlar ve bu atomların yapmış olduğu bağlar maddenin özelliklerini belirler. Biraz daha derinlere inersek atom altı parçacıklarla karşılarız. Bu parçacıklar, atomun çekirdeğini oluşturan proton ile nötron ve çekirdek etrafında hareketli olan elektronlardır. Nötronun kütlesi (1,675×10-27 kg) protonun kütlesine (1,673×10-27 kg) yakın, elektronun kütlesinden (9,109×10-31 kg) ise yaklaşık 1838 kat daha fazladır.

Atom numarası, atomdaki proton sayısını göstermektedir. Nötr bir atomda eşit sayıda elektron ve proton bulunur. Atomların diğer belirleyici özelliği ise kütle numarasıdır ki atomdaki proton ve nötron sayısının toplamını vermektedir. Atom numarası atomdaki proton sayısını, kütle numarası ise proton ve nötron sayısının toplamını göstermektedir. Bu durumda,
Atom numarası = proton sayısı = 32,
Kütle numarası – atom numarası = nötron sayısı
45 – 32 = 13, bu atomun nötron sayısı 13 olarak bulunur.

Atomların belirleyici özelliği kütle numarasıdır ki atomdaki proton ve nötron sayısının toplamını vermektedir. Atomlarla ilgili diğer bir terim bağıl atom kütlesidir. Atomların 12C atomunun kütlesine göre belirlenen kütlelerine bağıl atom kütlesi denir. Atomun kütle numarası, bağıl atom kütlesine yakın olduğu için bir molekülün kütlesi, atomik kütle birimi (akb) cinsinden, atomların kütle numaraları veya bağıl atom kütleleri kullanılarak bulunabilir. Oksijen molekülünün kütlesi, kütle numarası kullanılarak bulunabilir:
2 x 16 akb = 32 akb
Aynı şekilde azot için,
1x14 akb = 14 akb
NO2 içinde,
2x16 + 1x14 = 44 akb bulunur.

Atomlar kendi aralarında bağlar yaparak maddeyi oluştururlar. Bu bağları iki gruba ayırmak mümkündür: Birincil bağlar ve ikincil bağlar. Birincil bağlar, ikincil bağlara göre daha güçlüdür. Birincil bağları, kovalent, iyonik ve metalik bağlar olmak üzere üç gruba ayırmak mümkündür. Kovalent bağ, iki ametal (metal olmayan) atomları arasındaki etkileşim sonucunda ortaya çıkan bağa denir. Öte yandan, iyonik bağ, bir metal ve bir ametal atomları arasında gerçekleşen bağ tipidir. Metalik bağ ise iki metal atomu arasında oluşan bağı tanımlamak için kullanılmaktadır. İkincil bağlar ise Hidrojen bağı ve Van der Waals bağı olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.

Çevremizde her gün fiziksel ve kimyasal olaylara tanık olmaktayız. Örneğin, yerdeki karın havanın ısınmasıyla erimesi fiziksel bir olaydır. Bu örnekte su, katı halden sıvı hale geçmiştir. Bunula birlikte, kimyasal özelliğini korumuştur. Sıcak havalarda, su birikintilerinin buharlaşarak yok olması da fiziksel bir olaydır. Bu durumda su sıvı halden gaz haline geçmiştir. Şekerin veya tuzun suda çözünmesi, camın kırılması, metal bir parçanın eğilmesi gibi olaylar fiziksel olaylardır. Öte yandan, kâğıdın yanması, kömürün yanması, yumurtanın pişmesi, demirin paslanması gibi olaylar kimyasal olaylardır.

Paslanma bütün metallerde gerçekleşen bir olaydır ve metalin oksijenle kimyasal reaksiyonuna denir. Bununla birlikte pas, özellikle demir oksit için kullanılan bir terimdir. Paslanma, metalin suyla (H2O) ve havayla etkileşimi sonrası ortaya çıkan bir etkidir. Bu kimyasal reaksiyonda demir, su ve oksijenle reaksiyona girerek demir oksiti, yani pası oluşturur. Şekildeki görüntü demirin daha kararlı bir hal olan demir oksite dönüşmesi sonucunda ortaya çıkmaktadır ve demir oksit oluşumu nedeniyle nehrin renginin kızıla dönmesini göstermektedir.

Yaşam kaynağımız olan hava aslında bize sağladığı oksijenin yanında azot (N2), argon (Ar) ve karbondioksit gazlarını da içermektedir. Yaklaşık yüzdeleri Azot % 78, Oksijen %21, Argon %1 ve CO2 % 0.03 tür.

F = k x ∆L formülünü kullanarak cismin boyunda meydana gelen uzamayı bulabiliriz. Buna göre cismin boyundaki uzama:
F=k x ∆L olduğundan
∆L = F/k = 15 N / 1500 N/m = 0,01 m= 1 cm olarak bulunur.

Malzemenin Young modülü 100 (GPa) olarak verilmişti. Birim uzama formülünü kullanarak,
ε = ( L – Lo) / Lo
ε = (20,1 – 20,0) / 20,0 = 0,005 olarak bulunur.
Gerilme formülünü kullanarak,
σ = Y x ε
= 100 x 10⁹ Pa x 0,005
= 5 x 10⁸ Pa = 500 MPa
olarak bulunur

Kütle numarası-atom numarası=nötron sayısı

52-34=18

Kovalent, iyonik ve metallik bağlar olarak sınıflandırılan bağlara birincil bağlar denilmektedir.

Tuzun suda çözünmesi fiziksel olaylardandır. Kömürün yanması, yumurtanın pişmesi, demirin paslanması ve kağıdın yanması kimyasal olaydır.

Paslanma bütün metallerde gerçekleşir. Paslanma metallerin oksijenle reaksiyona girmesidir. Paslanan maddelerin kütlesi artar. Paslanma bir anlamda metalin kendini korumasıdır. Pas, özellikle demir oksit için kullanılan terimdir.

Esneklik katsayısı belli olan bir cismin üzerine uygulanan kuvvetle boyda meydana gelen değişim arasındaki ilişkiyi belirleyen yasaya Hooke yasası denir.

F=k.ΔL

(N)=(k)(m)

k=N/m’dir.

Gerilmenin birim uzamaya bölümü Young modülüdür.

F=k.ΔL

k=F/ ΔL=50N/(8.10^-2m)=625 N/m

ε=ΔL/L₀=0,4 cm /25 cm=0,016

σ=Y. ε =(190.10⁹ Pa).(0,016)=3 GPa