Allotropi – Sıcaklık ve basınca bağlı olarak, birden fazla kristal yapıda var olan elemanın karakteristiğidir.
Allotropi yapının farklı sıcaklıklarda farklı faz ve kafes yapısına sahip olmasıdır. Demir,allotropik bir metal olup, allotropisi aşağıdaki şekil ile açıklanabilir.
Demirin ergime derecesi 1535◦C dir. Demir, ergime derecesinden, oldukça düşük sıcaklıklara kadar geçen sıcaklık süreci içerisinde kristal kafes sistemini dönüştürme özelliğine sahiptir. Bu özelliği onun allotropik bir metal olmasına neden olur. Saf demirin soğuma diyagramında üç ayrı allotropik durum (polimorf) vardır
Demirin allotropisini açıklayabilmek için eriyik halden oda sıcaklığına kadar geçen süre içerisinde, demirin yapısını incelemek gerekir.Eriyik haldeki saf demir 1535 °C’nin altına soğutulursa, hacim merkezli kübik kristaller halinde delta demiri olarak katılaşır.Bu yapıda her demir atomu üç boyutlu çevresinde sekiz komşu demir atomu ile sarılmıştır. Dolayısı ile de kristal kafesi meydana getiren, dokuz atomlu bir kristal yapıdır.
Soğumasını sürdüren saf demir , 1400° C’de atomların daha da yakınlaşması ile aniden yüzey merkezli kübik kristal yapısındaki gama demirine dönüşür. Yeni yapıda 14 atom, bir kristal kafesi vardır. Bu sayede bir önceki yapıya göre daha sıkı paket bir yapı meydana gelir.
Soğutma işlemi devam ettiği taktirde, 910° C’de tekrar bir duraklama noktasıyla karşılaşılır.Bu sıcaklıkta hacim merkezli kübik yeni kristaller oluşur ve bu yapıya alfa demiri denir. Alfa demiri, oda sıcaklığına kadar devam eden bir soğumada artık bir daha değişime uğramayan son kristal şeklidir.
Gerçekte 768 ° C’de bir diğer duraklama daha vardır. Ancak bu sıcaklıkta herhangi bir kristal kafesi değişimi meydana gelmez. Demir bu noktada , ısıtma ve ergitme sırasında kaybolan manyetik özelliklerine tekrar kavuşur.
Manyetik özelliklerdeki değişim alfa demiri ile aralarındaki tek farktır, bu demire beta demiri denir. Demirin kristal kafesinin yaptığı bu dönüşümler sırasında atomların enerjiside değişir.
Çünkü meydana gelen yeni kristal kafesi içerisinde daha küçük titreşimler yapması gerekebilir. Enerji kaybolmayacağına göre, bu durumda ısı enerjisi olarak malzeme bünyesinden ayrılması gerekir. Bu olay sürekli soğuma esnasında, katılaşma noktası altında durak noktalarının oluşmasına neden olur.
Kaynak: Prof Dr. İrfan AY Balıkesir Üniversitesi Ders Notları
