KARBON ELEMENTİ VE ALLOTROPLARI

12. sınıflar kimya dersi organik bileşikler konusu. Karbon atomunun özellikleri ve önemi. Elmas, grafit ve fullerenin özellikleri ve kullanım alanları.



Karbon Elementinin Önemi

Karbon elementi doğadaki en önemli elementlerden biridir. Karbon atomu canlı organizmaların yapılarına katılır. Bitki ve hayvan hücrelerinin yapı taşlarından biridir. Dolayısıyla bitkisel ve hayvansal besinlerin tamamında karbon atomu bulunur. 

Canlı organizmaların ağırlıklarının %20 si karbondur.

Yeraltından çıkarılan petrol, kömür, doğalgaz gibi yakıtlar organik bileşiklerdir. Bu bileşiklerin yapılarında C atomu bulunmaktadır.

Bitkiler C atomunu havadan CO2 şeklinde almakta ve bu atomlarla besin sentezlemektedir. Canlı vücudundaki tüm C atomları havadaki CO2 den gelmektedir.

Karbonun elmas, grafit ve fulleren allotropları endüstride birçok alanda kullanılmaktadır.

Karbon atomunun yapısında bulunduğu binlerce bileşik türü vardır.


Karbon Elementinin Atomik Özellikleri

Karbon atomu periyodik cetvelin 2. Periyodunda 4A grubunda bulunur. Atom numarası 6 olan C (karbon) elementinin ortalama atom kütlesi 12,011 gram/mol dür. C atomu grubunda en üstte bulunur ve bulunduğu grupta tek ametaldir.

Karbon atomunun C - 10, C-11, C – 12, C – 13, C – 14, C – 15 izotopları bulunmaktadır. Bunlardan sadece C – 12 ve C – 13 izotopları stabildir.

C-12 izotopunun bulunma bolluğu %98,89 dur. C – 13 izotopunun bulunma bolluğu ise %1,11 dir.


C elementi oda sıcaklığında katı halde bulunur. Erime sıcaklığı 3500 °C dir. Kaynama sıcaklığı 4827 °C dir. Kristal yapısı kübik şeklindedir.


Karbon atomunun elektron dizilimi aşağıdaki gibidir.

6C : 1S2 2S2 2P2

Karbon atomu 4 bağlı bileşik oluştururken 2S orbitalindeki 1 elektron Pz orbitaline geçer, böylece 4 yarı dolu orbital oluşur.

6C : 1S2 2S1 2Px1 2Py1 2Pz1


Hibritleşme:

Bir atomun farklı enerjilere sahip orbitallerinin, karışıp kaynaşarak aynı enerji düzeyine sahip özdeş orbitaller oluşturmalarına hibritleşme adı verilir. Oluşan yeni orbitaller hibrit orbitalleri olarak adlandırılır.

Hibritleşmeyi C atomu üzerinden açıklarsak,

C atomunun en büyük enerji düzeyi 2’dir. 2. Enerji düzeyindeki S orbitalindeki bir elektron P orbitallerinden boş olana geçer. Ardından orbitaller aralarında bir etkileşim kurarak aynı enerjiye sahip özdeş orbitaller durumuna geçerler. Bu orbitaller hibrit orbitalleri adını alır. Bu durumda C atomu artık 4 bağ yapabilecek duruma gelmiştir.

Karbon atomunun çok sayıda bileşikler oluşturabilmesinin sebebi farklı hibrit orbitalleri oluşturup tekli, ikili ve üçlü bağ yapabilmesidir.

Karbon Atomunun Lewis Gösterimleri

Karbon_S12R2



Karbon_S12R3


Bir bileşiğin bağ dercesi o bileşikteki en büyük bağın sayısına eşittir. Yani bileşikte tekli, ikili ve üçlü bağ bulunuyorsa o bileşiğin bağ derecesi üçtür.

İki atom arasında birer elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan tekli bağ sigma (σ) bağı olarak adlandırılır.

İki atom arasında iki elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan ikili bağdan birisi sigma bağı, diğeri ise pi (π) bağıdır.

İki atom arasında üç elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan üçlü bağdan birisi σ (sigma) bağı, diğerleri ise π (pi) bağlarıdır.


 İki karbon atomu arasında tekli bağ vardır. Bu bağ sigma (σ) bağıdır.

Karbon_S12R4


İki C atomu arasında bir tane ikili bağ vardır. Bir tane tekli bağ, C atomu ile diğer bir atom arasında vardır. Tekli bağ sigma (σ) bağıdır. İkili bağlardan biri sigma (σ), diğeri pi (π) bağıdır.

 Karbon_S12R5

İki C atomu arasında üçlü bağ oluşmuştur. Bir C atomu ile başka bir atom arasında ikili bağ vardır. İkili bağdan biri biri sigma (σ), diğer pi (π) bağıdır. Üçlü bağdan biri sigma diğer ikisi pi bağıdır.

Karbon_S12R6



C atomu çok çeşitli şekillerde bağ yapabildiğinden dolayı çok sayıda bileşik oluşturabilmektedir.


Karbon Atomunun Allotropları

Allotrop:

Bir elementin atomlarının uzaydaki dizilişleri birbirinden farklı olan formlarına allotrop adı verilir. Allotroplar tek bir elementten oluşmuşlardır. Fakat bu elementin atomları farklı bir dizilim gösterdiklerinden dolayı elementin fiziksel ve birçok kimyasal özellikleri birbirinden farklıdır. Farklı dizilimler farklı bağ enerjileri ve bağ yapılarının oluşmasına neden olmuştur.

Karbon atomunun iki doğal allotropu grafit ve elmasdır. Fulleren C atomunun yapay bir allotropudur.


Elmas

Elmas, doğada bilinen en sert maddedir. Elmas, yerkabuğunun derinliklerinde bulunan karbonun yanardağların ve yerkabuğunun çatlaklarına sokulan magmanın ısısı ile erimesi ve yüksek basınç altında sıkışmasıyla meydana gelmiştir.

Elmas ısıyı en iyi ileten maddedir. Kırılma indisi yüksektir. Elmasın kırılma indisinin değeri, içinden geçen ışığın dalga boyuna göre değişmektedir.

Elmas havada 850 °C de yanar, erime noktası 3547 °C dir. Havasız ortamda 1500 °C de grafite dönüşür.

Elmasta bir C atomu komşu 4 C atomu ile bağlanarak tetrahidral bağlar yapar. En dış yörüngesindeki elektronların tamamı bağ yapımına katılır. Serbest elektronu bulunmadığından elektriği iletmez.

Elmas maddesinde C atomları düzgün dörtyüzlü şeklinde bir yapı oluşturmuşlardır. C atomları arasındaki bağlar çok sağlam bir yapıdadır. Bu nedenle sert ve dayanıklıdır.

Elmas dayanıklılığından dolayı endüstride kesme ve delme aletlerinde kullanılır. Elmas parlatma ve taşlama işlemlerinde de kullanılmaktadır. 

Otomotiv sektöründe elmastan birçok alanda yararlanılmaktadır.

Elmas mücevher sektöründe de kullanılmaktadır. Optik özellikleri nedeniyle elmas değerli bir takı durumundadır. Dünyadaki elmasın %75 i sanayi için, %25 kadarı mücevher yapımında kullanılmaktadır.

Elmas en fazla Avustralya, Güney Afrika, Endonezya, Güney Amerika ve Hindistan gibi ülkelerde çıkarılmaktadır.


Grafit

Grafit C atomunun bir başka allotropudur. Siyah, parlak renkli katı bir maddedir.

Grafit karbonlu maddeler içeren tortulların başkalaşım geçirmesiyle oluşmuştur.

Grafit yapısında C atomunun son yörüngesindeki elektronların üçü diğer atomların elektronları ile bağ yaparken bir elektron serbest haldedir. Bağ yapımına katılmayan bu serbest elektron grafiti iyi bir iletken yapmıştır.

Grafitte karbon atomları, altıgen halkalar şeklinde ve tabakalar halindedir.

Grafitin en önemli özellikleri yumuşak ve yağlı olması ve iyi bir elektrik iletkeni olmasıdır. Elektrik elektronik sanayiinde kullanılmaktadır. İletken, sağlam ve esnek olması nedeniyle elektrik motorlarında fırça olarak kullanılmaktadır. Ayrıca kurşun kalemlerde kullanılmaktadır.

Grafitin erime sıcaklığı yüksektir. Grafit aynı zamanda esnek bir yapıdadır. Korozyona ve oksidasyona karşı dirençlidir. Radyo dalgalarını absorbe etme yeteneği vardır.

Yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi demir çelik endüstrisinde metal ergitme işlemlerinde kullanılmasını sağlamıştır.

Başlıca elde edildiği yerler Sri Lanka, Kuzey Amerika ve Meksika’dır.


Fulleren

Fulleren C atomunun yapay bir allotropudur. Yapı olarak grafite benzer, ancak atomların dizilimi ve tabakaları grafittekinden farklıdır.

Fulleren genellikle altı karbon atomunun düzlemsel olarak birbiri ile bağlanmasıyla oluşan içi boş halka, küre, silindir şeklinde yapılardır. En küçük boyutta olanı 60 C atomundan meydana gelir. C60 olarak gösterilir.

Karbonun grafit allotropundan özel yöntemlerle fulleren bileşikleri adı verilen tüp şeklinde bileşikler yapılmıştır. 

Nanotüpler

Nanotüpler ilk olarak 1991 yılında ortaya çıkmıştır. Karbon nanotüpler tek bir grafit tabakasının içi boş silindir şeklinde yuvarlanması ile oluşurlar. Nanotüpler çelikten 1000 kat daha dayanıklı, bakırın ısı iletkenliğinden 15 kat daha iyi ısı iletkeni, bakırın elektriksel iletkenliğinden 1000 kat daha iyi bir iletkendir.

Birbirlerinden farklı geometride olan nanotüpler ihtiyaca göre yarı iletken, süper iletken ve normal iletken olarak üretilebilmektedir. Bu nanotüpler elektronik sanayiinde kullanılmaktadır.

Nanotüpler elektronik sanayiinde foto yansıtıcı, foto iletken, diyot, transistör yapımında kullanılırlar.

Nanotüplerin en büyük özelliği boyutlarının çok küçük olmasıdır. Nanotüplerin boyutları nanometreler seviyesindedir (1 nm = 1.10-9 m) bu nedenle nanotüpler olarak adlandırılmışlardır.

İletken ve yarı iletkenlerin boyutlarının bu derece düşmesi cep telefonları ve bilgisayar boyutlarının küçülmesini ve işlevlerinin artmasını sağlamıştır.

Bazı nanotüpler HIV virüsüne etki ettiğinden tıpta kullanılmaktadır. Nanoteknoloji sayesinde akıllı cihazlar dönemine geçilmiştir. Bilgisayarlar küçülmüş, cep telefonları bilgisayarların yaptığı birçok işi yapabilir duruma gelmiştir. Ayrıca çok büyük alan gerektiren işlemci boyutları küçülmüş ve akıllı cihazlar yaygınlaşmıştır.



Nanoteknoloji sayesinde kendi kendini temizleyen seramikler, antimikrobiyal zeminler, su geçirmeyen ve leke tutmayan kumaşlar, kendi kendini temizleyen ev cepheleri ve camlar yapılmıştır.


Organik ve İnorganik Maddelerin Özellikleri



SANATSAL BİLGİ

21/11/2017

  • YORUM YAZ
  • ADI SOYADI(veya nick)
  • YORUM
YORUMLAR
Fasıl_01
Çok yararlı oldu teşekkürler.
Anıl
Yararlandım teşekkürler
COPYRIGHT© HER HAKKI SAKLIDIR
Sitede Yer Alan Bilgi Belge Ve Materyallerin İzinsiz olarak Kopyalanması ve Alıntılanması Yasaktır

SANATSAL BILGI