Photonic crystals in biology

Teraftalik Asit ve 1,10 Fenantrolin İçeren Organometalik Toz Bakır
Kompleksinin; Kristal Yapısı, Mekanik ve Termodinamik Özelliklerinin
Teorik Olarak Belirlenmesi
1.
Zeynel ÖZTÜRK*, 2. Göksel ÖZKANb, 3. Dursun Ali KÖSEa, 4. Abdurrahman ASANa
a
Hitit Üniversitesi, Çorum,19030
Gazi Üniversitesi, Ankara, 06530
*Hitit Üniversitesi, 19030, [email protected]
b
ÖZET—
Organometalik kompleks “oda sıcaklığı” sentez yöntemine göre sentezlenmiştir. Sentezlenen bileşiğin moleküler
yapısının belirlenmesi için katı faz Ultraviyole-Görünür (UV-vis), Fourier Transform- Infra Red (FT-IR), Termogravimetrik
Analiz/Diferansiyel Termal Analiz (TGA/DTA) gibi karakterizasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Bileşiğin moleküler yapısı
elementel analiz ve karakterizasyon analizleriyle belirlenmiştir. Daha sonra deneysel toz-XRD spektruımlarındaki karakteristik
pikler belirlenmiş ve kristal yapı, indeksleme işlemiyle belirlenen kafes parametreleri/geometrisi optimize edilmiştir. Tahmini
moleküler yapı kullanılarak rietveld yöntemine göre optimizasyon yapılmıştır. Son olarak kristal yapının mekanik ve
termodinamik özellikleri belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Moleküler Simulasyon, Rietveld, Hidrojen Depolama
1. GİRİŞ
Özellikle tek kristal olarak elde edilemeyen örneklerin moleküler yapıları ve kristal yapılarının
belirlenmesi oldukça zordur. Tek kristal olmayan örneklerin moleküler yapıları, bilinen
tekniklerden toz-XRD, elementel analiz, FT-IR, TGA/DTA, UV-vis analizleriyle tahmini olarak
oluşturulabilmektedir [1] ancak kristal parametreleri ve moleküllerin uzaydaki pozisyonları
aydınlatılamamaktadır. Kristal parametreleri ve uzay pozisyonları maddelerin termodinamik ve
mekanik özelliklerini etkilemektedir. Dolayısı ile yeni malzeme geliştirilirken örneklerin ya tek
kristalleri elde edilmeli ya da teorik olarak yapı aydınlatma işlemleri yapılmalıdır. Teorik yapı
aydınlatma işlemleri için moleküler simülasyon yazılımları fazlaca kullanılmaktadır. Bu
yazılımlar maddelerin elde edilen deneysel verilerini kullanarak teorik hesaplamalarla tahmini
kristal yapılarını ve diğer birçok özelliğinin belirlenmesine olanak sağlamaktadır [2].
Toz olarak elde edilen bir örneğin mekanik ve termodinamik özelliklerinin belirlenebilmesi için
aşağıdaki basamaklar izlenebilir;

Toz örnek kullanılarak bileşiğin moleküler yapısı; elementel analiz, FT-IR, TGA/DTA,
gibi tekniklerle yaklaşık olarak belirlenir.
 Toz örnek için toz-XRD analizi ile karakteristik saçılım pikler elde edilir.
 Belirlenen yaklaşık moleküler yapı kullanılarak, düşük enerji seviyesindeki bağlanma
seçenekleri için Gaussian veya Materials Studio Castep gibi yazılımları kullanılarak
geometri optimizasyonuyla bileşiğin moleküler yapı belirlenir.
 Toz-XRD spektrumu yardımıyla indeksleme işlemi gerçekleştirilir. Bu işlem sayesinde
teorik kristal kafes parametreleri (Uzay grubu, kafes ölçüleri, açıları, kafes sistemi gibi)
belirlenir. İndexleme kalitesi teorik ve deneysel XRD spektrumlarının kıyaslanması ile
kontrol edilir.
 Geometri optimizasyonu yapılmış moleküler yapı, elde edilen krsital kafes parametreleri
kullanılarak kristal yapı oluşturulur ve rietveld yöntemine göre kafes içerisindeki
pozisyonu optimize edilir. Kafes içerisindeki pozisyonuna göre teorik XRD spektrumu
elde edilip deneysel ile kıyaslanır. Kristal yapı içerisindeki molekülün tekrar eden kafesler
içerisindeki diğer moleküllerle etkileşimi hesaplatılır ve nihai kristal kafes yapı
oluşturulmuş olur.
Çalışmada yukarıda basamakları anlatılan yapı aydınlatma işlemleri gerçekleştirilerek teraftalik
asit (TFA), 1,10 Fenantrolin (Phen) ve bakır içeren toz örneğin kristal yapısı aydınlatılmıştır.
Daha sonra birçok uygulama için temel teşkil edecek termodinamik ve mekanik özellikleri elde
edilmiştir.
2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Organometalik kompleks “oda sıcaklığı” sentez yöntemine göre sentezlenmiştir. Reaktantlar
molce 3:3:1 (TFA:Metal:Phen) oranında karıştırılarak toz örnek elde edilmiştir. Elde edilen örnek
kullanılarak TGA/DTA, FT-IR, Elementel analiz, UV-vis gibi analizler gerçekleştirilerek
kompleksin yaklaşık moleküler yapısı belirlenmiştir. Toz-XRD analizi ile elde edilen deneysel
spektrum kullanılarak indeksleme ve rietveld hesaplamaları ve refinement işlemleri
gerçekleştirilerek yapının son kristal yapısı oluşturulmuştur. Daha sonra bu maddenin
termodinamik ve mekanik özellikleri belirlenerek çalışma tamamlanmıştır.
3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Özellikle yeni malzeme geliştirilmesi konusunda oldukça kolaylık sağlayan ve maddelerin temel
özelliklerinin belirlenmesinde çok faydalı olan teorik yapı aydınlatma işlemleri
gerçekleştirilmiştir. Örneğin, daha önce sentezlenmemiş bir maddenin teorik hesaplamalarla
herhangi bir katkı maddesiyle oluşturacakları kompozitinin mekanik özellikleri %2-5’lere kadar
hatalarla belirlenerek para ve zaman kazanımı sağlayabilmektedir.
KAYNAKLAR
[1] J. Rogan, D. Poleti, L. Karanoviç, G. Bogdanoviç, A. S. Bire ve D. M. Petroviç, «Mixed
ligand Co(II), Ni(II) and Cu(II) complexes containing terephthalato ligands. Crystal
structures of diaqua(2,2'-dipyridylamine)(terephthalato)metal(II) trihydrates,» Polyhedron,
cilt 19, pp. 1415-1421, 2000.
[2] J. G. Jiang, L. Jia, B. Yang, H. Xu ve P. Wu, «Preparation of Interlayer-Expanded Zeolite
from Lamellar Precursor Nu-6(1) by Silylation,» Chemistry of Materials, ACS, cilt 25, pp.
4710-4718, 2013.