Karbon (C)

1. Karbon (C) • Fiziksel Özellikleri • Kimyasal Özellikleri • Kullanım Alanları • Karbon Allotropları • Bileşikleri

2. Fiziksel Özellikleri • Karbonatomları, elmasta, birbirlerindeneşitaralıktavedörtyüzlüolarakdizilir. Bu yapı, kristalebüyükbirsertlikkazandırır. Grafitteiseatomlar, düzgünaltıgenkafesleroluşturaraküstüstekatmanlarbiçimindedizilir. Vebirbiriüzerindekolaycakayan atom katmanlarındanoluşur. Grafit, sıcaklığınyükseltilmesiyle, mekaniközellikleriningeliştiğibilinentekmaddedir. Karbon, ısıveelektriğioldukçaiyiiletir. Bu nedenleelektrotyapımındakullanılır. • Fulleren(C 60) atomları,kristalyapılardagörülenözellikleresahiptir. Bazıtortulkayaçlardabulunur.Fulleren'in, Grafit'ebenzeyenbağkararlılığısebebiyle, reaktifbirmaddedeğildirvebirçokçözücüdeçözünmez. • Hayvankömürü, renkgidericibirmaddedir. Odunkömürü, belli koşullardaeldeedildiğinde, yüzdetutucuönemliözellikleriçerir. Öteyandankarbondan, karma malzemelerinyapısınakatılanvemekanikdayanımı son dereceyüksekKarbonelyafınınyapıldığıbiliniyor. Ayrıcakarbon, bilinenhiçbirçözücüdeçözünmez; yalnızcaerimedurumundakikimimetallerdeveözellikledemirdeçözünür.

3. Kimyasal Özellikleri • Karbon, çeşitlitepkimeleregirmesinedeniylekimyasalbakımdanönemlibirelementtir. Durumagöreelektronegatifyadaelektropozitiftir. Her ikidurumdadagenellikle 4 değerlidir. Doymuşorganikbileşiklerinformülleriyazılırken,Karbonatomunun, genellikledüzgünbirdörtyüzlününmerkezindebulunduğukabuledilir.  • Karbonuntepkimesi, düşüksıcaklıklardaçokazdır. Yükseltgenmesizordur. Asitvebazlarlatepkimeyegirmez. Yükseksıcaklıklardaisekükürtbuharıilebirleşerekkarbonsülfürü, silisyumvebazımetallerlebirleşerekkarbürleri, oksijenlebirleşerek; Karbonmonoksit(CO) veKarbondioksiti(CO2) oluşturur. Karbon, yükseksıcaklıklardametallerlebileşikyapmışolanoksijenlekolaycabirleşir. Bu nedenle, metalürjiişlemlerinde, demirveçinkooksitgibi metal oksitcevherlerininindirgenmesinde, çokmiktardaKokkömürükullanılır. • Karbonatomu, 6 elektronuileperiyodiktabloda 4. grupelementlerinin ilk elemanıdır.Karbonatomları, kendiaralarında, bağlanmayakarışanelektronlarınsayısınagöre; sp3, sp2 ve sp1 gösterimleriyleifadeedilenüçfarklıbağlanma (etkileşme) gösterirler. Bu gösterimleraynızamandabağlanmageometrisini de temsileder. • Karbonelementi, her üçbağlanmageometrisinesahiptek element olmasıbakımındanistisnaibirözelliğesahiptir. Karbonatomlarındanoluşanmalzemeler,karbonatomlarınınkendiaralarındakibağlanma (etkileşim) geometrisinegöre, çokfarklıfizikselvekimyasalözelliklergösterirler. Karbonatomununbuözelliğiise, 6 adetelektronuolmasındankaynaklanıyor.

4. 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.

5. Karbonallotropları • Aynımaddenindeğişikkristalbiçimlerineallotropdenir. Anlamıdeğişikbiçim(form)demektir. • Grafitte,Karbonatomları,hegzagonalhalkalarşeklindedir. Tabakalıbiryapıoluşturur. Her Karbonatomu,diğer 3 Karbonatomuna, sp2 hibritleşmesiyaparak, sigma bağlarıilebağlanır. • ElmastaKarbonatomları, sp3 hibritleşmesiyaparak tetrahedral birdüzendedir.Elmasta, Karbonatomlarıarasındakibağlar, çokkuvvetlidir. Bu nedenle de çoksertvekararlıbiryapıyasahiptir. Mavielmas(yarıiletken) hariç, elektriğiiletmezler. Moleküllerarasındakikuvvetlibağlarsebebiyle, ısıiletkenliğiçokiyidir.  • Fulleren, genellikle 6 karbonatomunundüzlemselolarakbirbiriilebağlanarakoluşturduğuiçiboşküresel, silindirikvehalkasalyapıdadır. 5'li veya 7'li halkalarşeklindebirleştiğizamanyapıdüzlemselliktenuzaklaşır. En küçükboyutu, 60 Karbonludurveyapısıfutboltopunabenzemektedir.

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

7. 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.

8. 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 edilebilira) 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.

9. Hazırlayan: Ebru Recep