Karbon Nedir? Nerelerde Kullanılır? Özellikleri Nelerdir?
Gelişmelerden haberdar olmak için bizi Google Haberler'den takip edin!
Bu yazımızda, canlılığın en temel yapı taşlarından biri olan karbon hakkında, Karbon nedir? Karbon nerelerde kullanılır? Karbonun Özellikleri Nelerdir? gibi soruların yanıtlarını sizler için derledik.
Karbon Nedir?
Karbon, doğada yaygın olarak bulunan ametal bir elementtir. Karbon elementi tüm evren düşünüldüğünde en fazla miktarda bulunan 6. element, yer kabuğunda da en fazla bulunan 15. elementtir. İnsan vücudunda bile oksijenden sonra en fazla bulunan elementtir ve vücut ağırlığının %18.5’ini oluşturur. Doğada saf olarak veya grafit ve elmas gibi yüksek saflık derecesinde bulunabilir. Karbon ayrıca diğer elementler ile bileşik halinde de bulunabilir. Dünya’da hem doğal olarak, hem de diğer elementler ile bileşik halde bulunan karbon yer kabuğunun %0.2’sini oluşturmaktadır. Ayrıca karbon, hidrojen, oksijen ve azot canlılığı oluşturan temel elementlerden bir tanesidir. Dünya’da veya evrende canlı olan her şeyin bünyesinde karbon elementi vardır. Karbon evrende %99 oranında karbon-12 ve yaklaşık %1 oranında karbon-13 ve çok küçük bir oranda da karbon-14 olarak bulunur.
Karbon atomları çeşitli yollarla birbirlerine bağlanarak, karbon allotroplarını oluştururlar.(Allotrop uzayda aynı elementin atomlarının farklı bir geometriyle dizilmesi sonucu oluşan formlarına denir.) Karbonun en çok bilinen allotropları elmas ve grafittir. Elmas ve grafit aynı element olan karbonlardan oluşmuş olsa bile karbon atomlarının geometrik dizilimindeki farklılıklar sebebiyle bu iki malzemenin çok farklı fiziksel özellikleri vardır. Örneğin, elmas sert ve transparan iken, grafit siyah ve yumuşak bir formdur. Ayrıca grafit elmasa göre daha iyi bir elektrik iletkenidir.
Karbonun Özellikleri Nelerdir?
Karbon, atom numarası 6 olan, periyodik tablonun 4A grubunda yer alan ametal bir elementtir. Karbonun simgesi C olarak gösterilir. Karbonun atom ağırlığı ise 12,011’dir.
Karbonun Genel Özellikleri
| Sembolü | C |
| Element Serisi | Ametal |
| Atom Numarası | 6 |
| Atom Ağırlığı | 12,011 amu |
| Grup, Periyot, Blok | 14 (4A), 2, p |
| Görünüm | Grafit formunda siyah Elmas formunda renksiz |
| Sertlik | Elmas: 10 Grafit: 0.5 |
Karbonun Fiziksel Özellikleri
| Faz | Katı |
| Süblimleşme Noktası | 3642 °C |
| Erime Noktası | 3550 °C |
| Kaynama Noktası | 3800 °C |
| Buharlaşma Isısı | 355800 J/mol |
| Yoğunluk | Grafit Formunda:2.267 g/cm3 Elmas Formunda: 3.515 g/cm3 |
| Molar Isıl Kapasite | Grafit: 8.517 J/(mol·K) Elmas: 6.155 J/(mol·K) |
| Termal Genleşme | Elmas Oda Sıcaklığında 0.8 µm/(m·K) |
| Termal İletkenlik | Grafit: 119–165 W/(m·K) Elmas: 900–2300 W/(m·K) |
| Elektriksel Direnç | Grafit: 7.837 µΩ·m |
| Ses Hızı | Elmas: 18350 m/s |
Karbonun Atomik Özellikleri
| Atom Numarası | 6 |
| Atom Ağırlığı | 12,011 g/mol |
| Atom Yarıçapı | 67 pm |
| İyonlaşma Derecesi | 1. Derece: 1086.5 kJ/mol 2. Derece: 2352.6 kJ/mol 3. Derece: 4620.5 kJ/mol |
| Elektronegatiflik | 2.55 (Pauling Ölçeği) |
Karbon Ne Zaman Keşfedildi? Karbonun Kısa Tarihi
Carbon, kelimesi Latince kömür için kullanılan carbo kelimesinden türetilmiştir. Karbon ilk olarak tarih öncesi dönemlerde keşfedilmiştir ve eski uygarlıklarda odun kömürü formunda biliniyordu. Elmaslar ise muhtemelen en erken MÖ 2500 yıllarında Çin’de bilinirken, mangal kömürü olarak da bilinen odun kömürü formundaki carbon bugünkü ile aynı işlemle yani odunun havayı dışarı atmak amacıyla kille kaplı bir piramit içerisinde ısıtılma işlemi Roma zamanında da yapılıyordu.
1722 yılında René Antoine Ferchault de Réaumur demirin karbon bazlı bazı materyallerle katkılanması ile çeliğe dönüştürdü. 1772 yılında ise Antoine Lavoisier, elması ve odun kömür örneklerini yaktı ve bu iki materyalinde hiç su açığa çıkarmadığını ve gram başına aynı miktarda karbondioksit ürettiğini ortaya koyarak, elmasların karbonun bir formu olduğunu gösterdi. 1779 yılında ise Carl Wilhelm Scheele, o zamanlar kurşunun bir formu olarak bilinen grafitin karbon bazlı olduğunu gösterdi. 1786’da ise, Fransız bilim insanları Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge ve C. A. Vandermonde, Lavosier’in elmas için kullandığı yöntemi grafite uygulayarak grafitin yüksek oranda karbondan oluştuğunu ispatladı. Antoine Lavoiser ise 1789’daki ders kitabında karbonu bir element olarak belirtti.
Karbonun yeni bir alltropu olan ve fullerene olarak isimlendirilen formu 1985 yılında keşfedildi. Bu keşif Robert Curl, Harold Kroto ve Richard Smalley’e 1996 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü kazandırdı.
Fullerenler, grafite benzer bir atomik yapıya sahiptir. Buckyballs ve buckytubes olarak da bilinen Fullerenler altıgen atomik yapı yerine pentagonlardan oluşmaktadır.
Karbon Nerelerde Kullanılır?
Karbon bilinen tüm canlı sistemi için gerekli bir elementtir, karbon olmadan bilindiği kadarıyla yaşam var olamaz. Karbonun yiyecek veya odun dışında yaygın kullanımı ise hidrokarbon formunda metan gazı ve ham petrol olarak kullanılır. Ham petrol ise rafinelerde damıtılarak benzin, gaz yağı ve diğer ürünler üretilir.
Selüloz ise odun, pamuk, keten ve kenevirden gibi bitkilerden elde edilen doğal karbon içeren polimerdir. Hayvan kaynaklı ticari olarak değerli polimerler ise kaşmir, yün ve ipektir. Plastik de sentetik karbon polimerinden imal edilir. Birçok sentetik maddenin ham maddesi de ham petroldür.
Karbonun kullanımı ve komponentleri oldukça çeşitlidir. Demir ile alaşım oluşturarak karbon çelik olarak bilinen formu meydana getirebilir. Grafit ile kil birleştirilerek kalemlerde kullanılan kurşun materyalini oluşturur. Ayrıca, gres yağı, cam üretiminde kalıplama malzemesi, kuru aküler için elektrot, elektrik motorlar için fırçalar ve nükleer reaktörlerde nötron dinlendiricisi olarak kullanılır.
Odun kömürü yani mangal kömürü sanatsal uygulamalarda bir çizim malzemesi olarak ve mangalda yakıtı gibi birçok uygulamada kullanılmaktadır. Odun, kömür ve petrol enerji ve ısı üretiminde yakıt olarak kullanılmaktadır. Elmaslar mücevher üretiminde ve endüstriyel elmaslar da delme, kesme ve cilalama araçlarında kullanılır. Plastikler fosil hidrokarbonlarından üretilir ve hafif kompozit malzemeler için kullanılan plastiğin ileri formu olan karbon fiber ise sentetik poliester elyafının pirolizi ile üretilir.
Karbon daha sayamayacağımız birçok formda ve uygulamada kullanılmaktadır. Endüstriyel uygulamalarda karbonun yer almadığı hemen hemen hiç bir işlem yoktur.
Sonuç
Canlılığın temel yapı taşı olan karbon elementi, gerek canlılık gerekse de endüstriyel uygulamalar için oldukça önemlidir. Karbonun keşfedilen birbirinden farklı allotropları, alaşımları ve diğer formaları insanlığı bir yandan geliştirirken diğer yandan da oksijen ile yakılmasıyla oluşturduğu karbonmonoksit ve karbondioksit gibi atık gazlar doğaya çok ciddi zararlar vererek insanlığın tarihi boyunca yüzleştiği en büyük felaketler zincirine de zemin hazırlamaktadır. Bu sebepten de karbon kullanımımızı çok iyi bir şekilde analiz edip yapılabilecek verim arttırımı ve tasarruflar çalışmalarını hayata geçirmek büyük önem arz etmektedir.
Kaynaklar
