Karbon (C)

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.