toz üretim teknikleri ders notları yrd. doç. dr. atilla evcin - Kimmuh.com

Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007 

TOZ ÜRET RETİM M 

TEKNİKLER 

TEKN KLERİ 

DERS NOTLARI 

YRD. DOÇ. DO . DR. ATİLLA AT LLA EVCİN EVC 

Tozun Karakteristik Özellikleri zellikleri 

Bir toz, ince katı taneciklerin bir araya gelmesiyle 

oluşur. Tozlar genelde yüzeyde var olan birçok 

kafes hatalarından ileri gelen yüksek yüzey 

enerjisi ve birim ağırlık başına düşen çok yüksek 

yüzey alanına sahiptir (spesifik yüzey alanı). 

Bu karakteristikleri katı yüzeyinin, kimyasal 

reaktifliğini artırmaya katkıda bulunur. İnce 

taneciklerin yüzey aktivite bilgisi, katının katalitik 

hareketi ve adsorpsiyon çalışmalarında çok 

faydalıdır. 


1


Bunlar 

• Tane boyutu 

• Yüzey enerjisi 

• Yüzey yapısı (yüzey aktivitesi, kafes hataları) 

• Yüzey özellikleri (adsorpsiyon, ıslatma, yüzey 

geliştirme, katalitik etki, mekanokimya) 

Tane Boyutu 

Tane boyutu, tozun en önemli karakteristik 

özelliğidir. Maddelerin tane boyut aralığı Şekil 6 

‘da verilmiştir. 

Şekil 6. Maddelerin boyutları 


2


• Üretimin başlangıç noktası seramik tozlarının elde 

edildiği hammaddelerdir. Bileşim ve tane boyutu, 

şekli ve sertliği sonuç ürününün özelliklerini 

etkilediği gibi,üretim esnasında hammaddenin 

davranışını da etkilemektedir. 

• Toz karakteristikleri, üreticinin üretim metoduna 

göre geniş bir alanda değişim göstermektedir. 

• Öncelikle yapılacak olan, sistematik bir 

hammadde karakterizasyonu, sonuçları tatmin 

edici olması halinde, yığın formülasyonunun 

karıştırma, öğütme ve kalsinasyon işlemleri daha 

sağlıklı olur. 

• Hammaddelerin toz veya aglomera karakteristikleri 

çok önemli rol oynar. Eğer taneler çok geniş ise 

veya taneler yoğun aglomera oluşturuyorsa, 

homojen bir karışım oluşması zordur. 

• Eğer taneler çok sert ise, karıştırma prosesinde 

veya öğütmede kirlenme yaşanır. 

• Tane boyutu düştükçe yüzey alanı artacağından 

dolayı, ısıl işlemlerde düşük tane boyut dağılımı bir 

avantaj sağlar. 


3


Tane boyut birimleri ve dönüşümü 

d 

Silika nanoküpler Y(Eu)OHCO 3 küresel tanecikler 


4


Yüzey zey Enerjisi 

Density : 2.630 g/cm 3 

Spesific S.A. : 1.019 m 2 /g 

D(v,0.1) = 0.78 µm 

D(v,0.5) = 6.86 µm 

D(v,0.9) = 19.28 µm 

Bir taneciğin yüzeyi, katının sürekli yapısının 

kesildiği yerdir. Katı yüzeyinin yapısı, iç yapıdan 

tamamen farklıdır. 

Bozulan kristal yapı ve kırılan bağlardan dolayı, 

oluşan aşırı enerji daima yüzeyde vardır. Bu 

yüzey enerjisidir ki, yüzey gerilimine eşittir. 

Yüzey alanının azalmasıyla daima değerini 

düşürmeye çalışır. S A ↓ γ ↓ 

Kovalent bağlı metal veya kristal olması 

durumunda, yüzey enerjisinin büyüklüğü kabaca 

bağların sayısı ve enerjisinden hesaplanabilir. 


5


Tablo 2 Farklı Farkl kimyasal bağlı ba kristallerin kohezif enerjisi (kJ ( kJ/mol mol) 

Kristallerin Sınıflandırılması 

Moleküler kristaller 

İyonik kristaller 

Metaller 

Kovalent kristaller 

Şekil 7 Basit kübik yapı 

Örnek 

Polietilen 

PVC 

Polistiren 

NaCI 

MgO 

CaO 

BaO 

Na 

Cu 

Zn 

Ag 

C (elmas) 

SiC 

Si 

SiO 2 

Kohezif enerjisi 

4200 

10900 

16700 

640 

3935 

3525 

3127 

109 

339 

113 

285 

712 

1185 

356 

1670 

Şekil 7’den basit kübik 

kafesin yüzey enerjisi 

anlaşılabilir. Şekilden 

içteki atomların sağ, sol, 

alt, üst,aşağı ve 

yukarısındaki 6 komşu 

atom tarafından 

çevrelendiğini görüyoruz. 

Buna rağmen yüzeydeki, kenardaki ve köşelerdeki 

atomlar, sırasıyla 5, 4 ve 3 komşu atom 

tarafından çevrelenmiştir. Bunun sonucu olarak, 

yüzey, kenar ve köşedeki atomlar içteki 

atomlardan daha büyük enerjiye sahiptirler. 


6


Yeteri kadar büyük bir kristal için, toplam 

bağlanma enerjisi H ; 

E. 

k. 

N 

H = 

2 

Toplam bağlanma enerjisi H, tüm kristaldeki 

atom sayısı (N), koordinasyon sayısı (k) ve 

atomlar arası bağlanma kuvveti (E) çarpımının 

yarısından elde edilebilir. 

Buradaki ½ faktörü, bir bağ için iki atom 

gerektiğindendir. Eğer bu bağ kırılırsa, yüzey 

enerjisi, atomlar arası bağ kırılmasıyla her iki 

tane, yeni yüzey oluşturacağı için artmak 

zorundadır. 

Atomlararası mesafe a ile gösterildiğinde, birim 

yüzey alanı başına yüzey enerjisi γ, 

γ = 

E = 

H 

2 

2 

2. a k. 

N. 

a 

Katının yüzey enerjisi, γ, özellikle o maddenin 

toplanma (agregasyon) enerjisi H ‘la uyuşur ve 

büyük oranda kimyasal bağın cinsinden etkilenir. 

Tablo 2’de farklı kimyasal bağlı kristallerin 

toplanma enerjileri gösterilmektedir. 

Eğer kristaldeki atom yada moleküller arasındaki 

bağlar, süblimasyon, çözünme veya direkt kırılma 

yoluyla kırıldığında, kristaleden ısı yayılacak yada 

absorbe edecektir. 


7


Örneğin, Cu (bakır) ‘ın süblimasyonu için gereken 

ısı yaklaşık olarak 290 kJ/mol ‘dür. Ki bu metalik 

bağların kırılmasıyla Cu kristalinden Cu 

atomlarının ayrılması için gereken enerjidir. 

γ = 

E = 

2 

2 

2. a k. 

N. 

a 

Bu değer yukarıdaki eşitlikte yerine konduğunda, 

koordinasyon sayısı 6, atomlar arası mesafe 

a=0,36 nm olduğunda Cu kristalinin yüzey 

enerjisi γ, yaklaşık 1 J/m 2 olduğu hesaplanacaktır. 

Deneysel değeri ise 1,4 J/m 2 ‘dir. 

Yukarıda anlatıldığı gibi, yüzey enerjisi, birçok 

atomun düzenli birleşmesiyle bir kristali 

oluşturmak için gereken agregasyon enerjisidir. 

Bu nedenle sertlik ve katının yüzey enerjisi 

arasında bir ilişki kurulabilir. Bu Şekil 8 ‘de 

gösterilmiştir. 

Şekil 8 Birkaç mineralin 

sertlik ve yüzey enerjisi 


H 

8


Kimyasal bağın cinsine göre farklı maddelerin 

yüzey enerjilerinin kaba bir sınıflandırması şöyle 

yapılabilir ; 

SiC ve Si 3 N 4 gibi yüksek sertliğe sahip üç boyutlu 

kovalent bağlı maddeler için ; 2-2,5 J/m 2 

Metal atomlarının sıkışık paketlenmesini içeren 

metal kristalleri için ; 12 J/m 2 

İyonik kristaller için ; 0,25-1,5 J/m 2 

Polimer gibi moleküler kristaller için 0,1 J/m 2 ‘dir. 

Bir katının öğütülmesiyle toz üretildiği zaman, 

öğütülmüş maddenin yüzey enerjisi, taneciğin 

yüzeyinde düzensizliğin artması, yüzey alanının 

azalması ile artar. 

Kaba bir hesaplamayla, 1 µm ‘dan daha küçük 

ultra ince taneciklerin termodinamik değerleri, 

büyük kristalinkinden hatırı sayılır derecede 

farklıdır. Çünkü yüzey enerjisinin etkisi, içteki 

bağlanma enerjisiyle kıyaslandığında önemsiz 

değildir. 

Bir örnek olarak ; CaCO 3 kristalinin boyutunun 

azalmasıyla yüzey enerjisinin arttığı Tablo 3 ’ten 

görülmektedir. 


9


Kalsit (CaCO 3 ), 1:1 oranında Ca 2+ ve CO 3 2iyonlarının 

sıkışık paketlendiği iyonik bir 

rombohedral kafese sahiptir. 

Tablo 3. CaCO 3 ‘ın yüzey zey enerjisi, tane boyutu ve yüzey y zey alanı alan 

Yarıçap (nm) 

1 

2 

5 

10 

20 

100 

1000 (1 µm) 

Yüzey alanı (m 2 /mol) 

1,1.10 9 

5,07.10 8 

2,21.10 8 

1,11.10 8 

5,07.10 7 

1,11.10 7 

1,11.10 6 

Yüzey enerjisi (J/mol) 

2,55.10 4 

1,17.10 4 

5,09.10 3 

2,55.10 3 

1,17.10 3 

2,55.10 2 

2,55.10 


10


Tanecik boyutu 1 µm ’dan 0,001 µm ‘a indirildiği 

taktirde, yüzey enerjisi belirgin bir şekilde artar. 

Bundan dolayı 0,02 µm ‘dan küçük yarıçaplı 

tanecikler için kalsit, CaCO 3 ‘ın kararlı yapısı olan 

aragonit haline kolaylıkla dönüşebilir. 

Kalsit kristalinin 0,01 µm tane boyutundan küçük 

bir boyuta azaltılması, kafes gerginliklerinin 

oluşması ve kimyasal bağların kırılmasından 

ortaya çıkan yüzey enerjisini kullanmasıyla kalsitaragonit 

dönüşümü gerçekleşir. 


11


Yüzey zey Yapısı Yap 

Bir katının yüzey yapısı, onun iç yapısından bir 

hayli farklıdır. 

Örneğin iyonik bir kristalin yüzeyindeki hem 

katyon ve hem de anyonlar, yüzeydeki tüm 

bağlar kırıldığı zaman aşırı bir elektrik yüküne 

sahip olur. 

Bu nedenle yüzeye yakın katyonlar ve anyonlar, 

onların polarizasyonuyla bu aşırı yükü nötralize 

etmek için yeniden düzenlenirler. 

Genelde kafes bozukluğunun oluşumu ve 

kimyasal bağların kopmasıyla kafes bölgesinde 

meydana gelen elektron noksanlığı veya fazlalığı 

nedeniyle elektriksel yükün ortaya çıkması, bir 

katının yüzeyinde sık sık görülür. 

Bunun sonucu olarak, yüzey H 2 O veya OH radikali 

gibi polar molekülleri adsorplayarak yüzey 

enerjisini azaltma eğilimi gösterir. 


12


Örnek olarak TiO 2 titanyum dioksitin yüzeyi 

üzerinde suyun davranışı Şekil 9 ’da 

görülmektedir. Yüzeye yakın su molekülleri, 

yüzeydeki katyonlarla etkileşime girerek 

kimyasalsorpsiyona uğrar ve yüzeydeki 

katyonların elektriksel yükü yoluyla 

nörtalizasyonla kararlı OH grupları haline 

dönüşür. 

Şekil 9. TiO 2 yüzeyi üzerinde su moleküllerinin 

düzenlenmesi 

Bir kristale kuvvet uygulandığı zaman, kristal 

düzlem kayması nedeniyle atomik düzenlenmede 

bazı karışıklıklar meydana gelir. 

Kristal kafesteki bu karışıklık dislokasyon olarak 

adlandırılır ve Şekil 10 ’da görüldüğü gibi 

gerçekleşir. 


13


Mükemmel kafes 

Safsızlık 

Şekil 10. Kafes hataları 

Bir katyonla yerdeğiştirme 

Katyon boşluğu 

Anyon boşluğu 

B A antisite hatası 

Bir anyonla yerdeğiştirme A B antisite hatası 


14


• Adsorpsiyon 

•Islatma 

•Yüzey geliştirme 

• Katalitik etki 

• Mekanokimya 

Adsorpsiyon 

Yüzey zey Özellikleri zellikleri 

Adsorpsiyon, tamamen karışmayan iki sıvı, 

sıvı-buhar, katı-sıvı ve katı-buhar arasındaki 

ara yüzeyde meydana gelen bir olaydır. 

Adsorpsiyon, bir maddenin diğer bir madde 

yüzeyinde veya iki faz arasındaki ara yüzeyde 

konsantrasyonunun artması 

yada bir başka ifadeyle moleküllerin, temas 

ettikleri yüzeydeki çekme kuvvetlerine bağlı 

olarak o yüzeyle birleşmesi olarak tanımlanır. 


15


• 1. Fizisorpsiyon : Moleküller van der waals ve 

elektrostatik kuvvetlerle çekilerek katının 

yüzeyinde tutulurlar. Moleküller bozulmadan 

kalırlar ve kolaylıkla serbest kalabilirler. 

• 2. Kemisorpsiyon : Moleküller katı molekülleriyle 

bir kimyasal bağlanmaya maruz kalırlar ve bu 

çekim katıyı bir arada tutan kuvvetlerden daha 

kuvvetli olabilir. 

Proses, fazlardan birindeki bir maddenin 

(çözeltideki molekül) diğer fazdaki maddenin 

(katı faz) yüzeyinde birikerek ayrılması 

şeklindedir. Bu şekliyle absorpsiyondan ayrılır. 

Absorpsiyonda ise, madde bir fazdan diğerine 

dağılarak transfer olmasıdır. 


16


Tablo 4 Adsorpsiyon özellikleriyle metallerin 

sınıflandırılması 

Adsorpsiyon genellikle ekzotermik bir 

reaksiyon olarak bilindiği için, gaz yada 

buharların adsorbe olan hacimleri sıcaklık 

arttıkça genellikle düşer. 

Çok yüksek yüzey alanlı ve yüzey enerjisi gibi 

aşırı enerjiye sahip tozlar, genellikle adsorban 

olarak kullanılır. Endüstriyel kullanım için tipik 

adsorbanların karakteristikleri aşağıda verilmiştir. 

Aktif Karbon ; Yapısı grafite benzer, fakat amorf 

karbondan oluşur. Spesifik yüzey alanı 

mükemmel derecede geniştir. Oksit gibi polar 

adsorbanlardan farklı olarak polar olmayan 

moleküller için kuvvetli adsorbandır. 


17


• Mineral yağlar 

• Poli aromatik hidrokarbonlar 

• Fenol 

• Halojenli maddeler 

• Renk, koku, tat 

• Polar olmayan maddeler 

• Yer altı sularının saflaştırılması 

• Proses suyunun klorsuzlaştırılması 

• Yüzme havuzu sularının saflaştırılması 

• Fabrika atıksularının saflaştırılması 

Silikajel ; Amorf SiO 2 nH 2 O ‘nun ultra ince 

taneciklerinden oluşur. Bu taneciklerin yüzeyi 

SiOH ile kaplıdır. 

Yüksek kapasiteli sentetik absorbanlardandır. 

Kuru ortam istenilen her noktada kullanılan 

rutubeti yüksek verimlilikle bünyesinde tutan 

malzemelerdir. 

Mikroskobik olarak incelendiğinde , mikro 

düzeyde gözeneklerden (porlar) ve kılcal bir ağ 

sisteminden oluşmaktadır. Bu özelliğine bağlı 

olarak yüksek yüzey alanına sahip granül 

formundaki inert malzemelerdir. 


18


Fiziksel absorbsiyon yöntemi ile rutubeti ve por 

yapısından girebilecek molekül çapına sahip gaz 

moleküllerini kendine çeker ve mikro 

gözeneklerde yoğunlaştırarak tutar. Silikajel polar 

molekülleri adsorplamak için kuvvetli ilgi gösterir. 

• Endüstriyel hava kurutma 

sistemleri 

• İstenmeyen gazların 

uzaklaştırılmasında 

• Rutubet istenmeyen her 

tür ortamda 

• İlaçlarda 

• Gıda ürünlerinin 

korunmasında 

• Elektronik Malzemelerin 

korunmasında 

• Hassas birçok 

malzemenin kuru ve 

güvenli saklanmasında 


19


Alümina jel ; Bu Al(OH) 3 tozlarının 500-700 ºC’de 

ısıl işlemiyle elde edilen γ-Al 2 O 3 tozlarıdır. Silkajel 

gibi alümina jelin de tüm yüzeyi OH gruplarıyla 

çevrilidir. 

Aktif alümina (Al 2 O 3 ), yarı kristal yapıda,granüler, 

yüksek poroziteli, ticari olarak da kurutucu olarak 

kullanılan inorganik bir adsorbandır. 


20


Sentetik Zeolit ; Bu Na m (AlO 2 ) m (SiO 2 ) n xH 2 O 

(m>n) genel formülüyle gösterilen 

hidroalüminasilikattır. (Şekil 11) 

Yapıdaki Na + ve H 2 O, sırasıyla diğer metal iyonlar 

ve polar moleküllerle kristal kafes bozulmaksızın 

yer değiştirebilir. 

Dehidrasyonla zeolitten su moleküllerinin 

uzaklaştırılması sonucu, angström seviyesinde 

boyuta sahip birçok ince gözenek yapıdan 

uzaklaşır ve dehidrate zeolit bu gözeneklerden 

daha küçük molekülleri seçici olarak adsorbe eder 

ZSM-5 tipi zeolit A tipi zeolit 

Şekil 11. Sentetik zeolitler 


21


Islatma 

Katı ve sıvı yüzey arasındaki etkileşimim derecesi 

olarak ifade edilebilen, bir katının bir sıvı 

yardımıyla ıslatılmasıdır. 

İki faz arasındaki etkileşim, bir adsorpsiyon gibi 

düşünülebileceği için, ıslatma katı yüzey üzerine 

sıvının adsorpsiyonunu kapsayan bir olay olarak 

düşünülebilir.(Şekil 12) 

Şekil 12. Katıya sıvını temas açısı ve ıslatma 

Mükemmel 

ıslatma 

Mükemmel 

ıslatmama 


22


Bir örnek olarak, bir su damlası temiz bir cam 

yüzey üzerine konarsa, damla (a) daki gibi geniş 

bir alan üzerine yayılır, θ küçüktür. (0-10˚) 

Eğer su damlası, parafin wax kaplı bir cam 

üzerine bırakılırsa, damla (c) deki gibi yarı 

küresel şekle dönüşür. Bu durumda θ, 105-110˚ 

aralığında büyüktür. 

Bu farklı davranışın açıklaması; a’daki temiz cam 

levha üzerindeki su moleküllerinin kendi 

arasındaki (kohezyon) kuvvetlerden daha kuvvetli 

cam ve su arasındaki (adhezyon) etkileşiminin 

olmasıdır. 


23


Su molekülleri arasındaki kohezyon kuvveti, 

parafinle kaplı cam yüzey üzerinde, parafin ve su 

arasındaki adhezyon kuvvetlerinden daha 

kuvvetlidir. Böylece θ, ıslatmanın derecesini 

göstermek için kriter olarak kullanılabilir. 

θ=0 olan hal, mükemmel bir ıslatma halidir. 

Temas açısı θ, bir katı yüzeyle sıvı moleküllerinin 

ilgisini göstermekte kullanılır. 

θ=180 olan hal ise, mükemmel ıslatmama halidir. 

• Tablo 5. Farklı maddelerin temas açıları 


24


Tozların ıslanması üzerine veriler, ıslanma 

ısısından elde edilir. Bir katı, bir sıvıyla ıslatıldığı 

zaman, sistem kimyasal reaksiyon meydana 

gelmiyorsa genellikle ekzotermiktir. Bu ısı, ıslatan 

sıvı ve katı yüzey arasındaki etkileşim 

nedeniyledir. 

Suya karşı SiO 2 , CaF 2 ve TiO 2 ’nin temas açıları 

hemen hemen sıfır olmasına rağmen bu 

bileşiklerin ıslatma ısıları sırasıyla 0,165 , 0,463 

ve 0,55 J.m -2 ‘dir. 

Polar olmayan grafit, suyla hiç ıslanmaz ve 

ıslatma ısısı sadece 0,03 J.m -2 ‘dir. 

TiO 2 ve Al 2 O 3 gibi metal oksitlerin yüzeyi 

üzerinde atmosferden adsorbe ettiği su 

moleküllerinden dolayı bir çok OH grubu vardır. 

Eğer bu oksitler ısıtılırsa, OH grupları ısıl işlemden 

sonra yüzeyin ıslanabilirliğinde gözle görülebilir 

bir değişmeye yol açarak, suyun kaybolmasıyla 

dehidrate olabilir. 

Isıl işlemle OH gruplarının dehidrasyonundan 

sonra M-O-M bağları yüzey üzerine çıktığı için, 

yüzey suyla ıslanarak kolaylıkla yeniden hidrate 

olur. 


25


Yüzey zey Geliştirme 

Geli tirme 

Yüzey üzerine bir adsorbe tabakası elde etmek 

için onun ıslatma özelliklerini kullanarak yüzey 

özelliklerinin geliştirme çalışmaları endüstride 

uygulanmaktadır. 

Örneğin TiO 2 ve SiO 2 gibi inorganik dolguları, 

organik çözücüler içinde çözmek ve onunla 

ıslatmak zordur. Bu yüzden liyofilik gruplara 

sahip bir organik bileşikler, yüksek ıslanabilirlik 

vermek için dolgunun yüzeyi üzerine adsorbe 

olur. 

Daha önce de anlatıldığı gibi, iyonik karaktere 

sahip ince oksit tanecikler, yüzeylerinin üzerine 

su moleküllerini kuvvetlice çekerler. 

Bir oksit tozunun yüzeyi daima hidrofiliktir ancak 

organik bileşiklerin polar moleküllerini de 

çekebilir. 

Şekil 13. SiO 2 taneciklerinin yüzeyi üzerine PVA 

nın adsorpsiyonu 


26


Polar moleküller, pozitif ve negatif elektrik 

yüklerine sahiptir. Örnek olarak, üre molekülü 

CO(NH 2 ) 2 , kısmi olarak pozitif yüklü NH 2 grubu 

ile negatif yüklü keton (CO) grubuna sahiptir. 

Yukarıdaki molekülde görüldüğü gibi, üre su 

moleküllerini çekerek, su içerisinde çözünür. 

Katalitik Etki 

Yüzey üzerine adsorbe olan moleküller, buhar ve 

sıvınınkinden farklı olarak kimyasal değişime 

uğrar ve katalitik bir etki gösterir. 

O 2 moleküler halde H 2 ile direkt reaksiyona 

girmesi zordur. Fakat Pt veya Cu yüzeyi üzerine 

adsorbe olan O 2 ve H 2 kolaylıkla reaksiyona girer. 

Örneğin O 2 gazı, 100 ˚C’den daha yüksekte 

tutulur ve cam bir tüp içine konan Cu tozlarıyla 

temas ettiğinde bakırın yüzeyi üzerine 

kemisorplanır. 


27


Cu + O 2 → Cu x O 

Cu x O oksidi, Cu yüzeyi üzerinde oluşur. Daha 

sonra H 2 ortama girdiğinde Cu x O, metalik bakıra 

indirgenir. 

Cu x O + H 2 → H 2 O + Cu 

Bu reaksiyon bakırsız gerçekleşmez. Bu 

sonuçlardan, katalitik etki, kimyasal olarak 

adsorbe olan atom ve moleküller arasındaki 

reaksiyon olarak tanımlanabilir. 

Metal oksitlerin yüzeylerinde OH radikalleri 

bulunduğu zaman asidik veya bazik gibi hareket 

ederler. 

M-OH ↔ M-O - + H + 

M-OH ↔ M + + OH - 

Burada M metal iyonudur. M ’nin elektronegatifliği 

yüksek olduğunda metal hidroksitin ayrılması 1. 

reaksiyon gereğince kolaylıkla meydana gelir ve 

proton serbest kalır. M ‘nin elektronegatifliği 

büyük değilse, 2. reaksiyonda görüldüğü gibi OH 

radikali bazik alan gibi hareket eder. 


28


γ-Al 2 O 3 yüzeyi, OH radikalleriyle çevrelendiği 

zaman, ikinci tabakada bulunan tüm Al +3 iyonları 

aşağıda görüldüğü gibi ilk tabakada OH 

radikallerini tutar. 

Şekil 14. γ-Al 2 O 3 yüzey 

yapısı 

Eğer yan yana bulunan iki OH radikalinden 

aşağıdaki eşitliğe göre su uzaklaşırsa yüzeyde bir 

O -2 kalır. 

2 OH - → O -2 + H 2 O 

Sonra (b) deki gibi ideal dehidrate yüzey oluşur. 

Dehidrasyondan sonra ilk tabakada bulunan O -2 

iyonlarının düzenlenmesi düzensiz olur.(c) 

Yüzeyin herhangi bir yerinde ikiden daha fazla 

Al +3 iyonu açığa çıktığında, bu bölgede kuvvetli 

asit mevkileri görünür. 


29


Mekanokimya 

Enerji; ezme, öğütme, yuvarlama ve çarpma gibi 

mekanik işlemler yardımıyla katı bir maddeye 

aktarıldığı zaman katının alt bölümlerine ayrılması 

ve deformasyonu yüzey alanının artması 

nedeniyle, yüzey enerjisi kendiliğinden artar. 

Tane boyutu ↓ S A ↑ γ ↑ 

Al 2 O 3 yada SiO 2 gibi basit bir oksit kristalinde, 

Al +3 ve Si +4 iyonları, O -2 iyonlarının üç boyutlu 

kafesinde düzenlenirler. 

Öğütme sırasında kristal tanesine aktarılan 

mekanik enerji, taneciğin kristal yapısı üzerinde 

büyük etkiye sahiptir. 

Örneğin ilk olarak taneciğin yüzeyinde meydana 

gelen kafes gerilmesi, öğütmeyle derece derece 

içeriye doğru ilerler ve bu kristal tanecikler kafes 

gerilmesinin yayılmasıyla amorf faza dönüşür. 

Orijinal kristal fazından yeni bir kristal faza 

dönüşüm, kafes gerilmesinin taneciğin her 

tarafına homojen olarak yayılmasından sonra 

meydana gelir. 


30


Mekanik etkiden oluşan mekanik enerjiyle katı 

bir maddenin fizikokimyasal özelliğindeki değişim 

gibi bir olay, mekanokimyasal etki diye 

adlandırılır. 

Şekil 15. Gerilmeyle bir kristal kafesin bozulma 

mekanizması 

Kalsit gibi iyonik kristalleri, relatif olarak 

yumuşak, düşük sertliktedirler. Çünkü iyonik 

bağlar yönsel özellikler sahip değildir. Böylece 

kafes, kayma gerilmesinin neden olduğu 

deformasyon nedeniyle kolaylıkla biçimini 

değiştirir. 

SiO 2 ve C (elmas) gibi üç boyutlu kovalent bağlı 

kristal olması durumunda, kayma deformasyonu 

kafesin kuvvetli yönsel özelliklerinin olması 

nedeniyle hemen hemen hiç meydana gelmez. 

Fakat kristal kafes, çok katı olduğundan darbe 

gerilmesiyle kolayca bozulacaktır. 


31


Mekanik enerjiyle bir katıda meydana gelen gerilme, 

kabaca kayma ve çarpma gerilmesi halinde ikiye 

ayrılır. 

Mekanokimyasal etki, kayma gerilmesi vasıtasıyla 

hızlanır. 

Kenar ve vida dislokasyonlarının kafes hataları 

kayma gerilmesinden ileri gelir. 

Şekil 16. Kenar ve vida dislokasyonları 


32


Portland çimentosu için hammadde olan alçıtaşı 

ve kalsitin öğütülmesi sırasında meydana gelen 

mekanokimyasal olay aşağıdaki şekillerde 

anlatılmıştır. Bir havanda kalsitin öğütülmesi 

sırasındaki meydana gelen değişimi XRD 

paternlerinde görülmektedir. 

Düşük basınç tipi kalsitin (özgül ağırlık 2.72), 

yüksek basınç tipi aragonite (özgül ağırlık 2.95) 

dönüşümü prosesindeki aşamalar şekilde 

görülmektedir. 

Kalsitin aragonite dönüşümü genellikle 3,8.10 8 Pa 

yüksek basınç gerektirir. Ancak atmosfer 

basıncında da öğütmeyle bu dönüşüm 

gerçekleşebilir 

Şekil 17. Öğütmeyle Kalsitte meydana gelen XRD 

patern değişimi 


33


Şekil 18. Öğütmeyle Alçıtaşında meydana gelen 

XRD patern değişimi 


34

toz üretim teknikleri ders notları yrd. doç. dr. atilla evcin - Kimmuh.com

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?