Karbon Allotropları Nelerdir? 4 Karbon Allotropu

Karbon Allotropları Nelerdir?

Atomlar bilinen 3 boyutlu uzay-zaman düzleminde farklı şekilde dizilebilirler. Bunun bir sonucu olarak aynı elementin kimyasal özellikleri aynı fakat fiziksel özelliklerinde farklı yapılar oluşabilir. Bu duruma allotropi  denilmektedir. Allotrop denilince aklımıza c elementinin allotropları gelir. Tek başına karbon kimyası veya organik kimya olarak adlandırılan bir inceleme alanı vardır. Doğada 4 binden fazla bileşik yapabilen karbon atomu maksimum 4 bağ yapabilir. Ayrıca canlıların yapısında bulunması açısından karbon atomunun temel elementlerden birisi olduğu bilinir. Karbonun allotropları şunlardır:

1. Elmas
2. Fulleren
3. Grafit
4. Grafen

Karbon Allotropları

1- ELMAS

Elmas muhtemelen en iyi bilinen karbon allotropudur. Karbon atomları, yüz merkezli kübik kristal yapının bir varyasyonu olan bir kafes şeklinde düzenlenmiştir. Çoğu, atomları arasındaki güçlü kovalent bağdan kaynaklanan üstün fiziksel niteliklere sahiptir. Bir elmastaki her karbon atomu, bir tetrahedrondaki diğer dört karbona kovalent olarak bağlanır. Bu tetrahedronlar birlikte, sıfır bağ açısı gerinimine izin veren, sandalye konformasyonunda altı üyeli karbon halkalarından oluşan üç boyutlu bir ağ oluşturur. Bu kararlı kovalent bağlar ve altıgen halkalar ağı, elmasın bir madde olarak inanılmaz derecede güçlü olmasının sebebidir.

Sonuç olarak elmas, herhangi bir dökme malzeme arasında en yüksek sertliği ve ısıl iletkenliği sergiler. Ek olarak, sert kafesi birçok elemanın kirlenmesini önler. Elmasın yüzeyi lipofilik ve hidrofobiktir, yani suyla ıslanamaz, ancak yağda olabilir. Elmaslar genellikle güçlü asitler ve bazlar dahil herhangi bir kimyasal reaktifle reaksiyona girmez. Elmasın kullanım alanları arasında kesme, delme ve taşlama; takı; ve yarı iletken endüstrisinde.

2- FULLEREN

C60 klasik ismiyle bilinmekedir C20,C70 fullerenler de vardır. 60 C atomunun bir araya gelmesiyle oluşmaktadırlar. Görünüşleri bir futbol topunun andırmaktadır. Laboratuvar ortamında olmadan Eiji Osawa isimli Japon kimyager bulsada Nobel Kimya Ödülünü Robert F. Curl, Jr (ABD), Sör Harold W. Kroto (İngiltere) ve Richard E. Smalley (ABD)  Fulleren üzerindeki çalışmalarıyla kazandılar…*(1)2010 yılında fullerenlerin varlığı Hubble Uzay Teleskobu Spitzer ile gezegenimsi bulutsu Tc 1’de kızılötesi görüntüleri ile tespit edildi. Fullerenler böylece dünyadışı en büyük kanıtlanmış moleküllerdir.

Fullerenin kullanım alanı çok geniştir:

1. kozmetik ve ilaç alanında…
2. Pil ve yakıt hücre olarak…
3. Aşınmaya dayanıklı, alev geciktirici, yağlayıcılar, polimer katkılar, yüksek performanslı membran, katalizör, yapay elmas vb.
4. Süper iletken yarı iletken, diyotlar, transistörler, indüktör…
5. Elektronik kamera, floresan görüntüleme tüpü…
6. Y. iletken kayıt ortamı, manyetik malzemeler, baskı mürekkebi, toner, mürekkep, kağıt özel amaçlar…

3- Grafit

Grafit karbonun doğal allotrpudur. Bir madendir ve gayet yumuşak, dokunumu yağsı ve ince levhalar halinde bükülme özelliğine sahip, bir karbon mineralidir. Sertliği 1, yoğunluğu 2’dir. Rengi siyah ve gri, çizgi rengi kül renginde ve yağlıcadır. II. Dünya savaşından önce 200-250 bin ton olan dünya üretiminin son senelerde 800 bin tona ulaşmıştır. Grafit, sentetik olarak ta yapılabilmektedir. Petrol kok’u veya antrasit agglomeraları elektrik fırınlarında 4000 °C de ısıtılarak yapay grafit yapabilirsiniz:)

En saf grafitin daha ziyade elektrik bataryalarında, kuru pillerde, çelik sanayii ve elektrometalurji sanayiinde, elektrik cihazlarındaki elektrodlarda, kalem yapımında ve atomik grafit olarak reaktörlerde kullanılmasına karşın, daha az saflıkta olan grafitler  dökümcülükte (demir-çelik), boyacılıkta, refrakter kaplamalarda ve fırınlarda refrakter macunları yapımında, grafitli gres yağlarında ve daha bir çok alanda kullanılabilmektedir.

4- Grafen

Karbonun bir diğer allotropu olan grafitin tek katlı olanına grafen ismi verilmiştir. Grafen  2004 yılında Andre Geim ve Konstantin Novoselov’un çalışmaları sonucu bulunmuş çok önemli bir maddedir. Geim ve Novoselov Nobel fizik ödülüne layık görüldüler(2010).Grafen, hayal edebileceğiniz en ince malzemelerden birisidir. Bunun nedeni, iki boyutta çok sayıda atomu içermesine rağmen, üçüncü boyutta sadece bir katman karbon içeriyor olmasıdır. Bu sayede, bildiğimiz en üstün yüzey/ağırlık oranına sahip olabilmektedir. Yani birim ağırlığı başına düşen yüzey alanı aşırı yüksektir: Sadece 1 gram grafen ile koskoca bir futbol stadyumunu kaplamanız mümkün olurdu. Ancak grafen üretmek biraz maliyetli bir iş. Kullanım alanı plastik kadar yaygındır.

Karbon Allotropları Kısa Bilgiler

• Elmas, sertlik ve yüksek ışık dağılımı sergileyen, iyi bilinen bir karbon allotropudur. Bilinen en zor doğal mineraldir ve kesme, delme ve mücevheratta ve potansiyel bir yarı iletken malzeme olarak uygulamalar bulur.
• Grafen, tek bir düzlemde düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakasıdır; grafen katmanları grafiti oluşturur. Grafen, yüksek elektron hareketliliği ve elektronikteki olası uygulamaları nedeniyle ilgi çekici bir malzemedir.
• Fullerenler, karbonun içi boş bir küre, elipsoid veya tüp şeklini aldığı bir karbon allotrop sınıfıdır. Bu malzeme sınıfı, karbon nanotüpleri, buckyball’ları ve yeni keşfedilen nanobudları içerir.