KARBON ESASLI MALZEMELER

İÇİNDEKİLER Karbon Karbon Allotropları Karbon İçermeyen Canlı Yoktur Karbon Kaynakları Fiziksel Özellikleri Kimyasal Özellikleri Karbonun Kullanım Alanları

KARBON Karbon(C), periyodik tablonun 4A grubunda yer alan, ametal bir elementtir. Doğada çok yaygın olarak bulunmakla birlikte, yerkabuğunun yaklaşık % 0,2'sini oluşturur. Çok fazla bileşik oluşturan bir elementtir.  Karbon, kömür ve organik bileşiklerin ana elementidir.

KARBON ALLOTROPLARI Karbonun 4 tane allotropu vardır. Amorf Grafit Elmas  Fulleren

1. Amorf Karbon Biçimsiz (amorf) karbon, doğal ya da yapay kömürlerde, çeşitli maddelerle karışmış ya da bileşik olarak bulunur. Örneğin; mum, parafin cam gibi maddeler, polyester gibi polimerler, pamuk helva gibi yiyecekler, ruj gibi makyaj malzemeleri…

2. Grafit Grafitte, Karbon atomları, hegzagonal halkalar şeklindedir. Tabakalı bir yapı oluşturur. Her Karbon atomu, diğer3 Karbon atomuna, sp2 hibritleşmesi yaparak, sigma bağları ile bağlanır.

3. Elmas Elmasta Karbon atomları, sp3 hibritleşmesi yaparak tetrahedral bir düzendedir. Karbon atomları arasındaki bağlar çok kuvvetlidir. Moleküller arasındaki kuvvetli bağlar sebebiyle, ısı iletkenliği çok iyidir.

4. Fulleren Yakın zamanlarda karbonun yeni bir formu olan C60 keşfedildi. C60 (Fulleren), tamamen 60 karbon atomuyla meydana gelmiş bir tür moleküldür. Fulleren, genellikle 6 karbon atomunun düzlemsel olarak birbiri ile bağlanarak oluşturduğu içi boş küresel, silindirik ve halkasal yapıdadır. 5'li veya 7'li halkalar şeklinde birleştiği zaman yapı düzlemsellikten uzaklaşır.

KARBON İÇERMEYEN CANLI YOKTUR Bir milyonun üstünde karbon bileşiği bilinmektedir. Bunlardan karbondioksit, havada % 0,03 ve çözünmüş olarak da suda bulunur.  Karbonatlar, toprakta oldukça yaygındır.  Karbonun, hidrojen, oksijen ve azotla oluşturduğu bileşikler, bitkisel ve hayvansal organizmaların yapısında önemli bir yer tutar.

Doğal kömürler, eski jeolojik dönemlerde, toprak altına gömülmüş bitkisel maddelerin bozunması sonucu oluşan; karbonlaşmış, karmaşık maddelerdir. Bu maddeler; antrasit, taşkömürü ve linyitlerdir.

Yapay kömürler, organik maddelerin, havasız ortamda ısı etkisiyle bozunması sonucu elde edilir. Bunlar; kok, asetilen siyahı, karbon siyahı, odun kömürü ve hayvan kömürüdür.

KARBON  KAYNAKLARI Karbon, hava, toprak ve su arasında dolaşır:

Gaz halindeki karbon, karbondioksit olarak atmosferde ve sularda erimiş haldedir. Su içeriğinde bulunan karbon, mercan resifleri ve suda yaşayan canlıların iç veya midye gibi kabuklu canlıların dış iskeletlerinde depo edilir.

Karadaki karbon, kireçtaşları, dolamitler gibi kayalar ve kalkerli kabuklar, turba toprakları(kutuplarda ve yakın çevresindeki donmuş topraklar), petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil yakıtlarda bulunur. Canlı organizmaların kimyasal yapısının vazgeçilmez bir bileşeni olduğundan canlılar bir karbon deposu durumundadır.

FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Karbon atomları, elmasta, birbirlerinden eşit aralıkta ve dörtyüzlü olarak dizilir. Bu yapı, kristale büyük bir sertlik kazandırır. Grafitte ise atomlar, düzgün altıgen kafesler oluşturarak üst üste katmanlar biçiminde dizilir. Ve birbiri üzerinde kolayca kayar. Grafit, sıcaklığın yükseltilmesiyle, mekanik özelliklerinin geliştiği bilinen tek maddedir. 

Karbon, ısı ve elektriği oldukça iyi iletir. Bu nedenle elektrot yapımında kullanılır. Fulleren(C60) atomları, kristal yapılarda görülen özelliklere sahiptir. Bazı tortul kayaçlarda bulunur.

KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Karbon, çeşitli tepkimelere girmesi nedeniyle kimyasal bakımdan önemli bir elementtir. Doymuş organik bileşiklerin formülleri yazılırken, karbon atomunun, genellikle düzgün bir dörtyüzlünün merkezinde bulunduğu kabul edilir. Karbonun tepkimesi, düşük sıcaklıklarda çok azdır. Yükseltgenmesi zordur. Asit ve bazlarla tepkimeye girmez.

Karbon atomları, kendi aralarında, bağlanmaya karışan elektronların sayısına göre; sp3, sp2 ve sp1 gösterimleriyle ifade edilen üç farklı bağlanma (etkileşme) gösterirler. Karbon elementi, her üç bağlanma geometrisine sahip tek element olması bakımından istisnai bir özelliğe sahiptir. 

Karbon atomlarından oluşan malzemeler, karbon atomlarının kendi aralarındaki bağlanma (etkileşim) geometrisine göre, çok farklı fiziksel ve kimyasal özellikler gösterirler. Karbon atomunun bu özelliği ise, 6 adet elektronu olmasından kaynaklanıyor.

KARBONUN KULLANIM ALANLARI Karbonun kullanım alanları o kadar geniştir ki, hemen hemen heryerde karbon yada karbon bileşikleri olarak karşımıza çıkar.

Elmas Saf karbon olan elmas;  Karbonun çok iyi bilinen kristal yapısıdır. Tabii olarak bulunduğu gibi laboratuarda da tek kristal olarak üretilebilir. Son derece değerli bir taştır ve mücevher yapımında kullanılır.

Ayrıca çok sert ve dayanıklı olduğundan; kesme, öğütme ve delme işlemlerinde, aşındırıcı olarak uygulanır. Cilalama tozu olarak da olağanüstü yüzey düzgünlüğü sağlar. Metal ya da seramikle karıştırıldığında, şerit testerelerin, matkap uçlarının, testere bıçaklarının ve camdan çok sert metallere, taş ve betona kadar her şeyi kesip işleyebilen araçların yüzey kesim parçası olarak kullanılır.

1) Asil elmas 2) Karbonado 3) Bort Asıl ve kıymetli olan elmastır. Ölçü birimi kırat (karat) tır. 1 kırat 0,205 gramdır. Mücevher olarak kullanılır. 2) Karbonado Şekilsiz ve siyah renkli bir elmas çeşididir. Bunun da sertliği asil elmastan fazladır. Sondaj ekipmanları imalatında kullanılır. 3) Bort Asıl elmastan daha sert olduğu için, iyi cins elmasları traş etmede kullanılır. Ayrıca sondaj sanayisinde elmas kron yapımında kullanılır. 

Grafit Grafit karbonun çok iyi bilinen başka bir kristal yapısıdır. Grafit tabii olarak bulunduğu gibi laboratuarda da tek kristal olarak üretilebilir, buna ‘kish’ grafit denmektedir. 

Grafit yağlayıcılarda, boyalarda ve kille karıştırılarak; "Kalem Kurşunları”nda kullanılır.

Ayrıca elektriksel iletkenliği ve erime sıcaklığı çok yüksek olduğundan, elektrikli fırın ve kuru pil elektrotları ile metal eritme potalarının yapımında kullanılır.

Karbon Şiberler Grafit özellikli, silindir ve farklı kesit yapıları olan bu malzemeler çok sağlam olmaları bakımından önemli mekanik özelliklere sahiptir.

Camsı Karbon Daha çok polimerimsi ve süngerimsi yapıda olan bu malzemeler hazırlanış şartlarına göre farklı özellikler gösteren, genellikle sert bir malzemedir. Gözenekli yapıda yüzey alanı geniş ve açık bağlı karbon atomlarının miktarı çoktur.

Siyah Karbon Genellikle hidrokarbonlardan hidrojen çıkartılması ile elde edilen karbon topaklarıdır. Üretilme şartlarına göre farklı isimlendirilirler; endüstride bazı malzemelerin mekanik, elektrik ve optik özelliklerini düzenlemek için dolgu maddesi olarak kullanılırlar.

Karbin ve Karbolitler Zincir veya polimer şeklindeki bu yapılar genellikle hızlı soğutma işlemlerinden sonra meydana gelir, kristal yapıda da oluşan karbinler sert bir yapıya sahiptir. 

Sıvı Karbon Elmas, grafit veya başka yapıdan eritilerek elde edilen (4450 K), metal özelliği fazla olan bir maddedir.

Karbon Karası  Mürekkep, karbon kâğıdı, daktilo şeridi ve boya üretiminde kullanılır. Otomobil lastiklerinin dayanıklılığını artırmak amacıyla kauçuğa katılır. Çelik üretiminde kullanılır. Bunların dışında, dezenfektan, ilaç, anestezik malzeme, parfüm ve plastik gibi pek çok yararlı madde, başka elementlerin de katılmasıyla, büyük karbon yapılarının elde edilmesi yoluyla üretilir.

Kemik kömürü Pek çok maddenin renk verici bileşenlerini ve gazları tutabilir. Bu nedenle de ham şekerin renginin giderilmesinde kullanılır.

Petrol ve Petrol Ürünleri Petrol ve petrol ürünlerinin kullanım alanları da oldukça geniştir. Tekstil hammaddesinden uzay aracı yakıtına kadar petrol kullanılır.

Karbon Elyafı Karbon elyafı mekanik dayanımı son derece yüksek olan, karma malzemelerin yapısına katılan karbon esaslı bir malzemedir.

Karbondioksit Soğutucularda, can yelekleri ve  salların şişirilmesinde, kömürün parçalanmasında, kauçuk ve plastiklerin köpüklendirilmesinde, seralardaki bitkilerin büyümelerinin hızlandırılmasında ve karbonatlı içeceklerde kullanılır. Karbondioksit, magnezyum dışında pek çok maddenin yanmasını engeller. Bu nedenle yangın söndürücü olarakta kullanılır.

Karbondioksit Besin kaynağımız olarak kullandığımız yeşil bitkiler, karbondioksiti ve suyu, karbonhidratlara ve  oksijene dönüştürürler. Böylece, ihtiyacımız olan oksijeni ve besinleri elde etmiş oluruz.

Radyoaktif Karbon-14 İzotopu Organizma öldüğü zaman, çevreyle karbon alışverişi durur. Geriye kalan radyoaktif karbon-14 izotopu miktarı, biyolojik kökenli maddelerin yaşını belirlemekte kullanılabilir.

Nanoteknoloji Nanoteknoloji çağının başlamasında en önemli rolü oynayan karbon, nanoyapılarda; nanomakinelerin, nanorobotların vazgeçilmez elemanıdır.  Karbon nanoyapılar bu tür nanosistemlerin yapılmasında rakipsiz bir yere sahiptir.

Grafin Grafin, sağlam olduğu kadar iyi de elektrik tutuyor ve bu özelliğinin pil teknolojisi için bir devrim niteliğinde. Elmas keskilerine dayanacak kadar güçlü bir karbon tabakası olan grafinin, yongaların bileşiminde silikonun yerini alabilecek olmanın yanı sıra şarj ömrünü de inanılmaz uzatabileceği düşünülüyor. 

Kalkınmış ülkelerin ekonomilerinin büyük bir bölümü, karbon içeren yakıtların, plastiklerin, kimyasal maddelerin, dokumaların ve ilaçların işlenmesine ve üretimine dayanır. Karbon temelli sentetik bileşiklerin üretilmesi ve kullanılması, birçok ülkede yaşama düzeyini derinlemesine etkilemiştir.

2014201009 Nagihan AYDIN 2014201079 Zeynep YILMAZ 2014201019 Esra Nur BİNARBAŞI 2014201010 Zeynep AYDIN 2011201108 Fatma BAŞ