Karbon (C) Fiziksel Özellikleri Kimyasal Özellikleri Kullanım Alanları Karbon Allotropları Bileşikleri

Fiziksel Özellikleri 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 kayan atom katmanlarından oluşur. Grafit, sıcaklığın yükseltilmesiyle, mekanik özelliklerinin geliştiği bilinen tek maddedir. Karbon, ısı ve elektriği oldukça iyi iletir. Bu nedenle elektrot yapımında kullanılır. Fulleren(C 60) atomları, kristal yapılarda görülen özelliklere sahiptir. Bazı tortul kayaçlarda bulunur. Fulleren'in, Grafit'e benzeyen bağ kararlılığı sebebiyle, reaktif bir madde değildir ve birçok çözücüde çözünmez. Hayvan kömürü, renk giderici bir maddedir. Odun kömürü, belli koşullarda elde edildiğinde, yüzde tutucu önemli özellikler içerir. Öte yandan karbondan, karma malzemelerin yapısına katılan ve mekanik dayanımı son derece yüksekKarbon elyafının yapıldığı biliniyor. Ayrıca karbon, bilinen hiçbir çözücüde çözünmez; yalnızca erime durumundaki kimi metallerde ve özellikle demirde çözünür.

Kimyasal Özellikleri Karbon, çeşitli tepkimelere girmesi nedeniyle kimyasal bakımdan önemli bir elementtir. Duruma göre elektronegatif ya da elektropozitiftir. Her iki durumda da genellikle 4 değerlidir. 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. Yüksek sıcaklıklarda ise kükürt buharı ile birleşerek karbon sülfürü, silisyum ve bazı metallerle birleşerek karbürleri, oksijenle birleşerek; Karbonmonoksit(CO) ve Karbondioksiti(CO2) oluşturur. Karbon, yüksek sıcaklıklarda metallerle bileşik yapmış olan oksijenle kolayca birleşir. Bu nedenle, metalürji işlemlerinde, demir ve çinko oksit gibi metal oksit cevherlerinin indirgenmesinde, çok miktarda Kok kömürü kullanılır. Karbon atomu, 6 elektronu ile periyodik tabloda 4. grup elementlerinin ilk elemanıdır. Karbon atomları, kendi aralarında, bağlanmaya karışan elektronların sayısına göre; sp3, sp2 ve sp1 gösterimleriyle ifade edilen üç farklı bağlanma (etkileşme) gösterirler. Bu gösterimler aynı zamanda bağlanma geometrisini de temsil eder. 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.

Kullanım Alanları Serbest element olarak elmasın yapısında bulunuşundan matbaa mürekkebi yapımana kadar çok çeşitli bir kullanıma sahiptir. Karbonun doğal bir türü olan grafit, yüksek sıcaklıktaki potalarda, kuru pillerde elektrot olarak; kurşun kalem ve makine yağı yapımında, mangal kömürü ise karbonun amorf yapıda bir türüdür ve gazların emilmesinde kullanılır. Karbon bileşikleri ise sayılarına bağlı olarak çok daha geniş bir uygulamaya sahiptir. CO2 içeceklerin karbonatlanmasında ve yangın söndürücülerde; CO metalürjide indirgeyici; karbontetraklorür ve karbondisülfür kuvvetli çözücüler olarak; gaz haldeki diklordifluormetan (freon) soğutma cihazlarında; kalsiyum karbür (karpit), asetilen eldesinde, öteki metal karbüleri ise erimeye alaşımların yapımında kullanılırlar.

Karbon allotropları Aynı maddenin değişik kristal biçimlerine allotrop denir. Anlamı değişik biçim(form)demektir. Grafitte, Karbon atomları, hegzagonal halkalar şeklindedir. Tabakalı bir yapı oluşturur. Her Karbon atomu, diğer 3 Karbon atomuna, sp2 hibritleşmesi yaparak, sigma bağları ile bağlanır. Elmasta Karbon atomları, sp3 hibritleşmesi yaparak tetrahedral bir düzendedir.Elmasta, Karbon atomları arasındaki bağlar, çok kuvvetlidir. Bu nedenle de çok sert ve kararlı bir yapıya sahiptir. Mavi elmas (yarı iletken) hariç, elektriği iletmezler. Moleküller arasındaki kuvvetli bağlar sebebiyle, ısı iletkenliği çok iyidir.  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. En küçük boyutu, 60 Karbonludur ve yapısı futbol topuna benzemektedir.

Karbonun bazı allotropları: a) elmas; b) grafit; c) altıgen elmas; d-f) fullerenler (C60, C540, C70); g) amorf karbon; h) karbon nanotüp

Bileşikleri Karbonat: Bir metal ya da organik bileşiğin karbonik asitle reaksiyonu sonucu oluşur.Metallerle reaksiyona girerse bir tuz (kalsiyum karbonat gibi): bir organik bileşikle (alifatik ya da aromatik) reaksiyona girerse dietil karbonat ya da difenil karbonat oluşur. Karbondisülfür: Parlak, renksiz veya hafif sarı, saf iken kokusuz bir sıvıdır. Saf olmadığı zaman ise dayanılmaz bir kokuya sahiptir. Özgül ağırlığı 1.26, kaynama noktası 46.3°C, donma noktası 111°C; tutuşma sıcaklığı ise 100°C’dir. Suda az, alkolde, benzende ve eterde iyi çözünür. İnorganik bir bileşiktir. Doğal gaz ya da petrolün sülfürle reaksiyonu sonucu ve kükürt ile mangal kömürünün birlikte ısıtıldıktan sonra karbondisülfür buharlarının yoğunlaştırılmasıyla elde edilir. Çok yanınca patlayıcıdır, sürtünmeyle bile tutuşur. Çözücü olarak karbontetraklorürün üretiminde ve maden tozlarının ayrılması işleminde kullanılır.

Bileşikleri Karbontetraklorür: Klorlanmış, renksiz hidrokarbon sıvı. Buharı havadan 5.3 kez daha ağırdır. Tatlı ve ayıredici bir kokusu vardır. Özgülağırlığı 1.58 (25/4°C’de); kaynama noktası 76.7°C; donma sıcaklığı -23°C. Alkolle, eterle, kloroformla, benzenle kanştırılabilir, suda çözünmez. Patlayıcı değildir. Metanın ya da daha yüksek hidrokarbonların 250-400°C’de klorlanmasıyla elde edilir. Solunumu zehirleyici bir etkisi vardır. Soğutucu olarak ve yan iletkenlerin yapımında kullanılır Karbonmonoksit: Renksiz, kokusuz, gaz ya da sıvı olabilen inorganik bileşik. Mor bir alevle yanar. Suda az, alkol ve benzende iyi çözünür. Özgülağırlığı 0.967 (havanın 1); kaynama noktası -190°C; katılaşma sıcaklığı -207°C; 21l°C’de özgül hacmi 868.3 cm3/kg; tutuşma sıcaklığı 609°C’dir Beş yolla elde edilebilir a) Oksijen karbondioksit karışımının akkor halindeki grafit, kok ya da antrasitle ilişkiye sokulduğunda saf olarak; b) Buharın sıcak kok ya da doğal gazla reaksiyonu sonucu; c) Kimyasal reaksiyonlarda yan ürün olarak; d) Organik yakıtların az oksijenle patlatılması sonucu; e) Formik asitin dehidrasyonu ile. Nefesle çekildiğinde zehirli; patlayıcı bir gazdır. Metanol, etilen, izosiyanat, aldehit ve akrilat gibi bileşiklerin metalürjide özel çeliklerin yapımında kullanılır.

Hazırlayan: Ebru Recep