9. Sınıf Kimya · Ünite 2
Katıların Gizemli Dünyası: Amorf ve Kristaller
Sofra tuzundan cama, elmastan çeliğe kadar çevremizdeki katıların görünüm ve özelliklerinin neden farklı olduğunu; amorf ve kristal katıların yapılarını inceleyerek keşfediyoruz.
Kazanım KİM.9.2.8 · 40 dk okuma
Çevremizdeki Katılar Neden Bu Kadar Farklı?
Sabah kahvaltısında kullandığın çelik kaşık, yemeğine attığın sofra tuzu, suyunu içtiğin cam bardak veya defterine yazı yazdığın kurşun kalem ucu... Bunların hepsi madde olarak katı hâldedir. Ancak dokunduğumuzda sertlikleri, ısıttığımızda erime sıcaklıkları ve dış görünümleri birbirinden ne kadar da farklı, değil mi? Dünyadaki bilinen en sert maddelerden biri olan elmas ile elinde kolayca şekil verebildiğin bir oyun hamuru veya lastik arasındaki bu devasa farkın sırrı, içlerindeki taneciklerin dizilişinde ve bu tanecikleri bir arada tutan etkileşimlerin gücünde saklıdır.
Katıların Sınıflandırılması: Amorf ve Kristaller
Bilim insanları katıları, atomlarının veya moleküllerinin uzaydaki diziliş düzenine göre iki ana gruba ayırırlar:
- Amorf Katılar: Tanecikleri belirli bir geometrik kurala uymadan, tamamen rastgele ve düzensiz yığılmıştır. Bu düzensizlik onlara ilginç bir özellik katar: Belirli bir erime noktaları yoktur! Isıtıldıklarında önce yavaş yavaş yumuşarlar. Bu yumuşamanın başladığı sıcaklığa 'camsı geçiş sıcaklığı' denir. Cam, plastik, tereyağı ve kauçuk amorf katılara en güzel örneklerdir.
- Kristal Katılar: Tanecikleri muazzam bir düzen içinde, adeta bir yapbozun parçaları gibi belirli bir geometrik düzene göre dizilmişlerdir. Kar tanelerinin mikroskop altındaki o büyüleyici simetrisini düşünün! Kristal katıların, erimeye başladıkları kesin ve net bir sıcaklık değeri vardır. Elmas, sofra tuzu, şeker ve metallerin birçoğu kristal yapıdadır.
Kristaller Kendi İçinde Neden Farklılık Gösterir?
Elmas da buz da kristal katıdır. Peki neden elmas her şeyi çizecek kadar sertken buz elimizde eriyip gider? Cevap: Etkileşim türü! Kristal katılar, tanecikleri bir arada tutan çekim kuvvetlerine göre dört alt gruba ayrılır:
- 1İyonik Kristaller: Zıt yüklü iyonların güçlü elektriksel çekim (elektrostatik) kuvvetleriyle bir arada tutulduğu katılardır. Erime ve kaynama noktaları yüksektir. Sert ve kırılgandırlar. Katı hâldeyken elektriği iletmezler ancak eritildiklerinde veya suda çözündüklerinde iyonlar serbest kalacağı için elektriği iletirler. Sofra tuzu (NaCl) bunun en popüler örneğidir.
- 2Kovalent Kristaller: Atomların çok sayıda kovalent bağ kurarak üç boyutlu dev bir ağ örgüsü oluşturduğu katılardır. Bağlar çok güçlü olduğu için bu katılar son derece serttir ve erime noktaları olağanüstü yüksektir. Elmas ve kuvars (kumun ana maddesi) kovalent kristallerdir. İstisnai olarak, kurşun kalem uçlarında da bulunan 'grafit', tabakalar arasındaki zayıf bağlar ve hareketli elektronlar sayesinde yumuşaktır ve elektriği iletir.
- 3Moleküler Kristaller: Moleküllerin arasında London kuvvetleri, dipol-dipol etkileşimleri veya hidrojen bağları gibi zayıf fiziksel etkileşimlerin bulunduğu katılardır. Bu zayıf çekimler nedeniyle erime noktaları çok düşüktür ve yapıları yumuşaktır. Elektriği iletmezler. Buz (katı su), kuru buz (katı karbondioksit) ve iyot katısı örnek olarak verilebilir.
- 4Metalik Kristaller: Düzenli dizilmiş pozitif metal iyonları ile onların etrafında serbestçe dolanan elektron denizinin arasındaki çekim kuvveti (metalik bağ) ile oluşur. Bu serbest elektronlar sayesinde ısıyı ve elektriği mükemmel iletirler. Tel ve levha hâline getirilerek şekillendirilebilirler. Çelik kaşık, bakır tel ve altın yüzük birer metalik kristaldir.
Sonuç: Etkileşim Gücü ve Fiziksel Özellik İlişkisi
Bir katının sert olması, yüksek sıcaklıklarda erimesi veya elektrik akımını iletebilmesi tamamen mikroskobik düzeydeki bağlarına bağlıdır. Sınıfınızda arkadaşlarınızla şu konuyu tartışabilirsiniz: Eğer su molekülleri arasında zayıf hidrojen bağları yerine, elmastaki gibi güçlü kovalent ağlar olsaydı dünyamızdaki okyanuslar, buzullar ve canlı yaşamı nasıl etkilenirdi?
Katıların Gizemli Dünyası: Amorf ve Kristaller: Alıştırma Soruları
1. Isıtıldıklarında belirli bir erime noktası olmayan, sıvı hâle geçmeden önce camsı geçiş sıcaklığı adı verilen bir noktada yumuşamaya başlayan katılara amorf katılar denir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi amorf bir katıya örnektir?
- A) Sofra tuzu (NaCl)
- B) Elmas
- C) Plastik
- D) Çelik kaşık
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Plastik
Plastik, cam, lastik ve tereyağı gibi maddelerin tanecikleri düzensiz (rastgele) yığılmıştır ve belirli erime noktaları yoktur. Bu nedenle amorf katılardır. Sofra tuzu, elmas ve çelik ise belirli düzenleri olan kristal katılardır.
2. Masanın üzerindeki sofra tuzu katı hâldeyken elektrik akımını iletmez. Ancak bu tuzu bir bardak suya atıp karıştırdığınızda oluşan tuzlu suyun elektriği ilettiğini gözlemlersiniz. Sofra tuzu, tanecikleri arasındaki etkileşim türüne göre hangi kristal katı sınıfına girer?
- A) Metalik kristal
- B) İyonik kristal
- C) Kovalent kristal
- D) Moleküler kristal
Cevabı göster
Doğru cevap: B) İyonik kristal
Zıt yüklü iyonların elektrostatik çekim kuvvetiyle bir arada durduğu, katı hâlde iletken olmayan fakat suda çözündüğünde serbest iyonlar sayesinde elektriği ileten kristaller iyonik kristallerdir.
3. Buzdolabından çıkarılan buz kısa sürede oda sıcaklığında erirken, bir mücevherdeki elmas binlerce derece sıcaklığa kadar erimeden kalabilir. İkisinin de kristal yapılı olmasına rağmen aralarındaki bu muazzam erime noktası farkının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Buzun amorf, elmasın kristal yapıya sahip olması
- B) İkisinin de iletkenlik özelliklerinin farklı olması
- C) Buzu oluşturan moleküllerin arasında zayıf hidrojen bağları varken, elması oluşturan atomların ağ şeklinde çok güçlü kovalent bağlarla birbirine tutunması
- D) Buzun içerisinde metalik iyonların bulunması
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Buzu oluşturan moleküllerin arasında zayıf hidrojen bağları varken, elması oluşturan atomların ağ şeklinde çok güçlü kovalent bağlarla birbirine tutunması
Buz moleküler bir kristaldir ve molekülleri sadece zayıf hidrojen bağları ile bir arada durur. Elmas ise kovalent bir kristaldir, üç boyutlu devasa ve kırılması çok zor olan kovalent ağ yapısından dolayı erime noktası çok yüksektir.
4. Fen bilimleri laboratuvarında bir öğretmen öğrencilerine bir katı madde vermiştir. Öğrenciler maddenin yüzeyinin parlak olduğunu, çekiçle vurulduğunda kırılarak dağılmak yerine ezilerek levha hâline geldiğini ve elektrik devresindeki ampulü yaktığını gözlemlemiştir. Öğrencilerin incelediği bu katı türü aşağıdakilerden hangisidir?
- A) İyonik kristal
- B) Moleküler kristal
- C) Amorf katı
- D) Metalik kristal
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Metalik kristal
Elektriği katı hâlde çok iyi ileten, parlak olan ve esneklik (tel/levha olabilme) özelliğine sahip olan katılar metalik kristallerdir. Bu özellikler serbest elektron denizinin bir sonucudur.
5. Bilim insanları X, Y ve Z kristallerini incelemiş ve şu verileri elde etmişlerdir: - X kristali: Çok düşük erime noktasına sahiptir ve yalıtkandır. - Y kristali: Suda çözündüğünde elektrik akımını iletir, ancak katı hâlde yalıtkandır. - Z kristali: Hem erime noktası çok yüksektir hem de katı hâlde elektriği iletebilir. Bu verilere göre X, Y ve Z kristallerinin türleri sırasıyla aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?
- A) X: Moleküler, Y: İyonik, Z: Metalik
- B) X: İyonik, Y: Moleküler, Z: Metalik
- C) X: Metalik, Y: İyonik, Z: Kovalent
- D) X: Kovalent, Y: Moleküler, Z: İyonik
Cevabı göster
Doğru cevap: A) X: Moleküler, Y: İyonik, Z: Metalik
X çok düşük erime noktalı ve yalıtkansa zayıf etkileşimli moleküler kristaldir. Y sulu çözeltide iletkenleşiyorsa iyonik kristaldir. Z çok yüksek erime noktalı ve katı hâlde elektriği iletiyorsa metalik kristaldir (örneğin tungsten/tungsten alaşımları vb.).