İçeriğe geç

12. sınıf · Kimya · 14. hafta (21-25 Aralık 2026)

Doğada Karbon: Karbon Elementinin Bağ Yapma Özelliği ve Karbon Allotropları

2. ÜNİTE: KARBON KİMYASINA GİRİŞ teması · Konu özeti

🃏 Kavram kartlarıEtkinlikler
Bu hafta

Canlıların temel yapı taşı olan ve milyonlarca organik bileşiğin merkezinde yer alan karbon elementi, periyodik sistemdeki tüm elementler içinde eşsiz bir konuma sahiptir. Karbonun 4 kovalent bağ yapabilme yeteneği ve güçlü karbon-karbon bağları hem organik kimyanın zenginliğini doğurur hem de saf karbon atomlarının uzayda farklı dizilişleriyle elmastan grafite, fullerenden grafen ve karbon nanotüplere kadar birbirinden tamamen farklı özellikte allotroplar oluşturmasını sağlar.

Karbon Elementinin Özellikleri ve Çok Sayıda Bileşik Oluşturma Nedenleri

Atom numarası 6 olan karbon (6C) elementinin temel hâl elektron dizilimi 1s2 2s2 2p2 (katman dizilimi 2 - 4) şeklindedir. Periyodik sistemin 2. periyot 4A (IVA) grubunda yer alan bir ametal olan karbonun değerlik elektron sayısı 4'tür. Karbon atomunun oktet kararlılığına ulaşmak için 4 elektron alması veya 4 elektron vermesi enerjetik açıdan çok zor olduğundan, karbon atomu değerlik elektronlarını ortaklaşa kullanarak 4 adet kovalent bağ yapar.

Doğada ve laboratuvarda bilinen organik bileşik sayısının milyonları aşmasının temel nedeni karbon atomunun kendine özgü bağ yapma yeteneğidir. Karbon atomunun yarıçapı küçük olduğu için karbon atomları arasındaki C - C kovalent bağ enerjisi oldukça yüksektir. Bu kararlılık sayesinde karbon atomları kendi aralarında tekli (C - C), ikili (C = C) ve üçlü bağlar kurabilir; ayrıca kopmadan art arda bağlanarak çok uzun düz zincirli, dallanmış zincirli ve halkalı (siklo ve aromatik) iskelet yapıları oluşturabilir. Ayrıca H, O, N, S, P ve halojenler gibi diğer ametallerle de kararlı kovalent bağlar yapar.

Karbonun ÖzelliğiAtomik / Kimyasal AçıklamasıOrganik Kimyadaki Sonucu
Değerlik Elektron Sayısı = 42. periyot 4A grubu; 4 yarı dolu bağ orbitali oluştururHer karbon atomu kararlı bileşiklerinde 4 kovalent bağ yapar
Yüksek C-C Bağ EnerjisiAtom çapının küçük olması nedeniyle bağların çok sağlam olmasıDüz, dallanmış ve halkalı dev karbon zincirlerinin bozunmadan kalması
Çoklu Bağ YapabilmeSigma bağları yanında pi (p-p örtüşmesi) bağları kurabilmesiTekli (alkan), ikili (alken) ve üçlü (alkin) bağ içeren bileşik aileleri
Diğer Ametallerle UyumElektronegatifliğinin orta düzeyde (2,5) olmasıH, O, N, S ve halojenlerle kararlı polar/apolar kovalent bağlar
Karbon Elementinin (6C) Atom Yapısı ve 4 Kovalent Bağ KapasitesiElektron Dizilimi ve Grup6C2. Periyot, 4A Grubu (IVA)Değerlik elektron sayısı = 4Kovalent Bağ Çeşitliliği1. Tüm tekli bağlar: C - C2. Bir ikili, iki tekli: C = C3. İki ikili bağ: = C =4. Bir üçlü, bir tekli: C (üçlü) COktete elektron ortaklaşmasıyla ulaşırZincir ve Halka (Katenasyon)• Yüksek C-C bağ enerjisi• Düz zincirli iskelet yapıları• Dallanmış zincir yapıları• Halkalı (siklo/aromatik) yapılarMilyonlarca Organik BileşikKarbon atomu 4 elektron alıp vermek yerine 4 kovalent bağ yaparak kararlı oktet yapısına ulaşır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Allotrop Kavramı ve Karbon Allotroplarının Sınıflandırılması

Aynı elementin atomlarının uzayda farklı sayı ve geometrik düzenlerde birbirine bağlanmasıyla oluşan farklı kristal veya moleküler yapılarına allotrop adı verilir. Allotrop maddelerin atom numaraları ve element sembolleri tamamen aynıdır; ancak atomların diziliş geometrisi ve bağ kuvvetleri farklı olduğu için erime-kaynama noktası, yoğunluk, sertlik, renk ve elektrik iletkenliği gibi fiziksel özellikleri birbirinden tamamen farklıdır.

Allotropların aynı madde ile aynı koşullarda girdikleri tepkimelerde oluşturdukları ürünler aynıdır (örneğin hem elmas hem grafit yeterli oksijenle yandığında yalnızca CO2 gazı oluşturur); fakat bağ enerjileri farklı olduğu için tepkimeye girme aktiflikleri ve tepkime entalpileri farklıdır. Karbonun doğada kendiliğinden bulunan başlıca doğal allotropları elmas ve grafittir; laboratuvar ortamında geliştirilen yapay (sentetik) allotropları ise fulleren, grafen ve karbon nanotüptür.

Allotrop Kavramı ve Karbonun Doğal - Yapay AllotroplarıALLOTROP TANIMIAynı elementin uzayda farklı dizilişli şekilleriDoğal Karbon Allotropları1. Elmas:Düzgün dörtyüzlü, sp3, çok sert2. Grafit:Altıgen tabakalı, sp2, iletkenYapay Karbon Allotropları1. Fulleren (C60):Top, tüp, halka nanoyapı2. Grafen:Tek atom kalınlığında 2B petek3. Karbon Nanotüp:Silindirik grafen tüpleriAllotropların fiziksel özellikleri ve bağ yapıları farklı, aynı maddeyle tam yanma ürünleri (CO2) aynıdır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Doğal Allotroplar: Elmas ve Grafitin Yapı-Özellik İlişkisi

Elmas, bilinen en sert doğal maddelerden biri olan şeffaf bir ağ örgülü kovalent katıdır. Elmasta her bir karbon atomu, çevresindeki 4 farklı karbon atomuyla güçlü tekli kovalent (sigma) bağlar yaparak düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) bir geometri oluşturur ve sp3 hibritleşmesi yapar. Yapısında hareketli serbest elektron (pi elektronu) bulunmadığı için elmas elektrik akımını iletmez; ancak sıkı ve rijit kristal ağı sayesinde ısıyı çok iyi iletir. Erime noktası 3500 santigrat derecenin üzerinde olan elmas; mücevher yapımında, cam kesicilerde, taş ve maden sondaj matkap uçlarında kullanılır.

Grafit ise siyah renkli, parlak, yumuşak ve kağıt üzerinde iz bırakan doğal karbon allotropudur. Grafitte her bir karbon atomu aynı düzlemdeki 3 farklı karbon atomuna bağlanarak altıgen halkalardan oluşan düzlemsel tabakalar (katmanlar) meydana getirir ve sp2 hibritleşmesi yapar. Dördüncü değerlik elektronları tabakalar arasında ortaklaşmamış pi bağları oluşturur; bu hareketli elektronlar sayesinde grafit elektriği ve ısıyı iyi iletir. Altıgen tabakalar arasında zayıf van der Waals kuvvetleri bulunduğu için tabakalar birbiri üzerinde kolayca kayar. Bu özelliği nedeniyle grafit; kurşun kalem uçlarında, makine parçalarında kuru yağlayıcı olarak, elektroliz elektrotlarında ve yüksek sıcaklığa dayanıklı döküm potalarında kullanılır.

Karşılaştırma ÖlçütüElmas (Doğal Allotrop)Grafit (Doğal Allotrop)
Hibritleşme Türüsp3 hibritleşmesi (Yalnız sigma bağları)sp2 hibritleşmesi (Sigma ve pi bağları)
Kristal Geometrisi3 boyutlu düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) ağ örgü2 boyutlu altıgen halkalı düzlemsel tabakalar
Tabakalar Arası EtkileşimTabaka yok, her yönde güçlü kovalent bağTabakalar arasında zayıf van der Waals bağları
Sertlik ve GörünümBilinen en sert doğal madde, şeffaf ve parlakYumuşak, kaygan, yağlı hisli ve siyah-gri renkli
Elektrik ve Isı İletimiElektriği iletmez, ısıyı çok iyi iletirSerbest elektronlarıyla elektriği ve ısıyı iletir
Başlıca Kullanım AlanlarıCam kesici, sondaj matkap ucu, mücevheratKurşun kalem ucu, kuru yağlayıcı, elektrot, döküm potası
Doğal Allotropların Karşılaştırılması: Elmas ve GrafitELMAS (Ağ Örgülü Kovalent Katı)• Her C atomu 4 başka C atomuna bağlanır• Hibritleşme türü: sp3 (Tüm bağlar tekli sigma)• Geometri: Düzgün dörtyüzlü (Tetrahedral)• Elektrik: İLETMEZ (serbest elektronu yok)• Isıyı çok iyi iletir; bilinen en sert doğal maddeCam Kesici, Matkap Ucu ve MücevherGRAFİT (Tabakalı Altıgen Yapı)• Her C atomu aynı düzlemde 3 C atomuna bağlı• Hibritleşme türü: sp2 (Serbest pi elektronları var)• Geometri: Altıgen halkalardan oluşan tabakalar• Tabakalar arası zayıf van der Waals bağları• Elektrik ve ısıyı İLETİR; yumuşak ve kaygandırKurşun Kalem Ucu, Kuru Yağlayıcı, ElektrotGrafitteki zayıf tabakalar arası bağlar kağıt üzerinde iz bırakmasını, pi elektronları ise iletkenliği sağlar.
🔍 Büyütmek için dokunun

Yapay Allotroplar I: Fullerenlerin Yapısı ve Özellikleri

1985 yılında grafitten lazer buharlaştırma yöntemiyle laboratuvarda sentezlenen fullerenler, karbonun nanometre boyutundaki yapay allotroplarıdır. Fullerenlerde karbon atomları beşgen, altıgen ve bazen yedigen halkalar oluşturacak şekilde dizilir ve bu tabakaların kıvrılıp kapanmasıyla top, tüp, çubuk ve halka biçiminde üç boyutlu kafes yapılar meydana gelir. En bilinen ve kararlı türü, 60 karbon atomundan oluşan ve 12 beşgen ile 20 altıgen yüzeyin birleşmesiyle tıpkı bir futbol topuna benzeyen C60 (Buckminsterfulleren / Buckyball) molekülümüdür.

Elmas ve grafit hiçbir çözücüde çözünmeyen dev kovalent ağ yapılar iken, fullerenler belirli sayıda karbon atomu içeren moleküler yapılar olduğu için toluen ve karbon disülfür gibi uygun organik çözücülerde çözünebilir. Çok küçük boyutlu olmalarına rağmen oldukça dayanıklıdırlar, kimyasal etkinliği düşüktür ve düşük sıcaklıklarda süper iletkenlik özelliği gösterirler. Bu üstün nitelikleri sayesinde fullerenler; güneş pillerinde, hidrojen yakıt depolarında, kurşun geçirmez yeleklerde, elektronik devrelerde ve tıpta hedefe yönelik ilaç taşıma kapsüllerinde kullanılır.

Yapay Karbon Allotropu: Fullerenler (Buckyball - C60)C60 Futbol Topu ModeliFullerenlerin Yapısal ve Teknolojik Özellikleri• Grafitten laboratuvarda üretilen yapay allotroptur (en ünlüsü C60).• Yapısında beşgen, altıgen ve bazen yedigen karbon halkaları bulunur.• Top, tüp, çubuk ve halka şeklinde nanometre boyutlu türleri vardır.• Uygun çözücülerde çözünebilen ve süper iletkenlik gösteren yapıdır.Kullanım: Güneş pilleri, hidrojen yakıt depoları, kurşun geçirmez yelek ve ilaç taşıma.C60 fullereni 12 beşgen ve 20 altıgen yüzeyden oluşan kesik ikozahedron (futbol topu) geometrisindedir.
🔍 Büyütmek için dokunun

Yapay Allotroplar II: Grafen ve Karbon Nanotüpler

2004 yılında grafit tabakalarının ayrıştırılmasıyla elde edilen ve keşfiyle Nobel Fizik Ödülü kazandıran grafen, karbon atomlarının altıgen bal peteği örgüde dizildiği, tek bir atom kalınlığında iki boyutlu (2B) düzlemsel yapay allotroptur. Grafende her karbon atomu sp2 hibritleşmesi yapar. Bilinen en ince ve en hafif malzeme olmasına rağmen çelikten yaklaşık 200 kat daha sağlamdır, kendi boyutunun %20'si kadar esneyebilir ve saydamdır. Serbest pi elektronlarının bal peteği düzleminde çok yüksek hızla hareket etmesi nedeniyle oda sıcaklığında bilinen en iyi ısı ve elektrik iletkenlerinden biridir.

Grafen tabakasının kendi etrafında silindir şeklinde kıvrılıp uçlarının birleşmesiyle oluşan nanometre çapındaki tüp yapılara ise karbon nanotüp adı verilir. Tek duvarlı veya iç içe geçmiş çok duvarlı silindirler halinde üretilebilen karbon nanotüpler; grafen gibi olağanüstü çekme dayanımına, yüksek esnekliğe, hafifliğe ve üstün elektrik-ısı iletkenliğine sahiptir. Grafen ve karbon nanotüpler; ultra hızlı şarj olan batarya ve süperkapasitörlerde, katlanabilir esnek dokunmatik ekranlarda, su arıtma membranlarında, uzay ve havacılık sanayii kompozit malzemelerinde ve nanoelektronik çiplerde devrim yaratmaktadır.

Yapay AllotropYapısal Boyutu ve ŞekliÖne Çıkan Fiziksel ÖzellikleriYüksek Teknoloji Kullanım Alanları
Fulleren (C60 vb.)0B / 3B Kapalı Kafes (Top, halka)Beşgen-altıgen halkalar, süper iletken, çözücüde çözünürGüneş pilleri, hidrojen depolama, nanotıp ilaç taşıma
Grafen2B Tek Atom Kalınlığında KatmanAltıgen bal peteği, saydam, esnek, çelikten sağlam, süper iletkenKatlanabilir ekranlar, hızlı bataryalar, biyosensörler
Karbon Nanotüp1B Silindirik Tüp YapıKıvrılmış grafen silindiri, çok yüksek çekme direnci ve iletkenlikUzay-havacılık malzemeleri, mikroçipler, dokunmatik yüzeyler
Nanoteknolojinin İki Mucizesi: Grafen ve Karbon NanotüpGRAFEN (2 Boyutlu Bal Peteği)• Grafitin tek bir atom kalınlığındaki katmanıdır• Altıgen halkalardan oluşan düzlemsel ağ yapı• Çelikten yaklaşık 200 kat daha sağlam ve hafif• Saydam, esnek; ısı ve elektriği olağanüstü iletirKatlanabilir Ekranlar, Süperkondansatör, SensörKARBON NANOTÜP (Silindirik Yapı)• Grafen katmanının silindir şeklinde sarılmasıdır• Tek duvarlı veya çok duvarlı tüp modelleri vardır• Çapı nanometre, boyu milimetre ölçeğinde olabilir• Yüksek çekme dayanımı, esneklik ve iletkenlikUzay ve Havacılık Kompozitleri, NanoelektronikGrafen ve karbon nanotüpler geleceğin hızlı pilleri ve hafif uzay malzemelerinin temelidir.
🔍 Büyütmek için dokunun

Karbon Allotroplarının Bütüncül Karşılaştırması

Karbon allotroplarının incelenmesi, kimyada 'yapı, özelliği belirler' ilkesinin en çarpıcı kanıtıdır. Aynı karbon atomları; sp3 hibritleşmesiyle 3 boyutlu tetrahedral ağ kurduğunda elektriği iletmeyen ve doğanın en sert maddesi olan elmasa; sp2 hibritleşmesiyle zayıf etkileşimli altıgen tabakalar kurduğunda ise elektriği ileten ve kağıt üzerinde kayarak iz bırakan yumuşak grafite dönüşmektedir.

Modern malzeme bilimi ve nanoteknoloji ise grafitin bu sp2 karbon ağını yeniden şekillendirerek küresel fullerenleri, tek katmanlı grafeni ve silindirik karbon nanotüpleri üretmiştir. Sorularda dikkat edilmesi gereken en önemli nokta; elmas dışındaki tüm karbon allotroplarının (grafit, fulleren, grafen, karbon nanotüp) ortaklaşmamış pi elektronları içerdiği için elektrik akımını ilettiği, elmasın ise yalnızca ısıyı iletip elektriği iletmediğidir.

Karbon Allotroplarının Bütüncül Karşılaştırma ÖzetiElmas (Doğal)• Hibritleşme: sp3• Yapı: Düzgün dörtyüzlü• Elektrik: İletmez• Isı: Çok iyi iletir• Özellik: En sert doğalkovalent katıGrafit (Doğal)• Hibritleşme: sp2• Yapı: Altıgen tabakalı• Elektrik: İletir (pi e-)• Isı: İletir• Özellik: Yumuşak, siyah,yüksek erime noktalıFulleren (Yapay)• Kaynak: Grafit (Sentetik)• Yapı: 5, 6, 7 gen halkalar• Şekil: Top (C60), tüp• Elektrik: Süper iletken• Özellik: Organik çözücüdeçözünebilen nanoyapıGrafen & Nanotüp• Hibritleşme: sp2• Grafen: 2B tek katman• Nanotüp: Silindirik tüp• Elektrik: Çok yüksek• Özellik: Çelikten sağlam,esnek ve çok hafifKarbonun bağ yapma esnekliği doğadaki en sert maddeden en ileri nanomalzemelere uzanır.
🔍 Büyütmek için dokunun

Örnekler

  1. Örnek 1Karbon (6C) elementinin doğada milyonlarca farklı organik bileşik oluşturabilmesinin atomik ve bağ yapısıyla ilgili temel nedenlerini açıklayınız.

    Cevabı göster

    Karbon atomunun değerlik elektron sayısı 4'tür ve elektronlarını ortaklaşa kullanarak 4 adet kovalent bağ yapabilir. Atom yarıçapı küçük olduğu için C-C kovalent bağ enerjisi çok yüksektir; bu sayede karbon atomları birbirine kopmadan bağlanarak (katenasyon) düz zincirli, dallanmış ve halkalı çok uzun iskeletler oluşturabilir. Ayrıca kendi aralarında tekli, ikili ve üçlü bağlar kurabilmesi ve H, O, N gibi ametallerle kararlı bağlar yapması milyonlarca bileşiğin oluşmasını sağlar.

  2. Örnek 2Hem elmas hem de grafit saf karbon atomlarından oluştuğu hâlde; elmasın çok sert olup elektriği iletmemesini, grafitin ise yumuşak olup elektriği iletmesini kristal yapılarıyla açıklayınız.

    Cevabı göster

    Elmasta her karbon atomu çevresindeki 4 karbon atomuna güçlü tekli kovalent bağlarla (sp3) bağlanarak 3 boyutlu rijit bir düzgün dörtyüzlü ağ örgü oluşturur; bu ağ yapıyı kırmak çok zor olduğu için çok serttir ve serbest elektronu olmadığından elektriği iletmez. Grafitte ise her karbon atomu 3 karbon atomuna bağlanarak (sp2) altıgen tabakalar oluşturur; tabakalar arasındaki zayıf van der Waals bağları kolayca kaydığı için grafit yumuşaktır, dördüncü değerlik elektronlarının oluşturduğu hareketli pi elektronları sayesinde de elektriği iletir.

  3. Örnek 3Karbonun yapay allotroplarından olan 'fulleren' ve 'grafen' yapılarını halka türleri, boyutları ve kullanım alanları bakımından karşılaştırınız.

    Cevabı göster

    Fulleren, grafitten sentezlenen ve yapısında altıgenlerin yanında beşgen (ve bazen yedigen) karbon halkaları barındıran top (C60), tüp veya halka biçimindeki kapalı kafes nanoyapıdır; güneş pillerinde ve ilaç taşımada kullanılır. Grafen ise yalnızca altıgen karbon halkalarından oluşan, tek bir atom kalınlığında iki boyutlu (2B) düzlemsel bal peteği katmanıdır; saydam, esnek ve çelikten sağlam olduğu için katlanabilir ekranlarda ve hızlı bataryalarda kullanılır.

  4. Örnek 4Birer mol elmas ve grafit örnekleri yeterli miktarda oksijen gazı (O2) ile tamamen yakıldığında oluşan ürünlerin formülünü, mol sayısını ve tepkime ısılarını (entalpilerini) karşılaştırınız.

    Cevabı göster

    Elmas ve grafit aynı elementin (karbonun) allotropları olduğu için oksijenle tam yanma tepkimelerinde her ikisi de aynı ürünü, yani karbondioksit (CO2) gazını oluşturur. Birer mol karbon atomu içerdiklerinden oluşan CO2 gazının mol sayısı (1 mol) ve normal koşullardaki hacmi birbirine eşittir. Ancak elmas ve grafitin kristal enerjileri ve bağ sağlamlıkları farklı olduğundan standart oluşum entalpileri ve yanma tepkimelerinde açığa çıkan ısı miktarları birbirinden farklıdır.

  5. Örnek 5Karbon nanotüplerin nasıl elde edildiğini ve havacılık-uzay teknolojisinde neden tercih edildiğini açıklayınız.

    Cevabı göster

    Karbon nanotüpler, grafitten elde edilen tek atom kalınlığındaki altıgen grafen tabakalarının nanometre çapında silindir (boru) şeklinde kıvrılmasıyla oluşturulan yapay karbon allotroplarıdır. Çelikten çok daha yüksek çekme dayanımına sahip olmalarına rağmen son derece hafif, esnek ve yüksek ısı-elektrik iletkenliğine sahip oldukları için uzay araçlarında, uçak gövde kompozitlerinde ve nanoelektronik devrelerde tercih edilirler.

  6. Örnek 6Karbon atomunun oluşturduğu bileşiklerde hangi bağ kombinasyonlarıyla oktetini tamamlayabildiğini dört maddede yazınız.

    Cevabı göster

    Değerlik elektron sayısı 4 olan karbon atomu toplam bağ sayısını 4'e tamamlamak için şu dört bağ kombinasyonunu yapabilir: 1) Dört adet tekli kovalent bağ (dört sigma bağı, örneğin CH4), 2) Bir adet ikili ve iki adet tekli kovalent bağ (örneğin C2H4), 3) İki adet ikili kovalent bağ (örneğin CO2), 4) Bir adet üçlü ve bir adet tekli kovalent bağ (örneğin C2H2 veya HCN).

Kavram Kartları

1 / 8

Karta dokunarak arka yüzündeki açıklamayı görün; yön tuşlarıyla kartlar arasında geçiş yapın.

Etkinlikler

Soruları çözün; her cevaptan sonra doğru mu yanlış mı olduğunu hemen göreceksiniz.

  1. 1Karbonun doğal allotroplarından olan elmas ve grafit ile ilgili aşağıdaki karşılaştırmalardan hangisi yanlıştır?

  2. 2Grafitin tek bir atom kalınlığındaki iki boyutlu (2B) altıgen bal peteği katmanı olan, saydam, esnek, çelikten çok daha sağlam ve elektrik iletkenliği çok yüksek olan yapay karbon allotropu aşağıdakilerden hangisidir?

  3. 3Karbonun yapay allotroplarından olan fullerenler (örneğin C60 molekülü) ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

  4. 4Karbon (6C) elementinin periyodik sistemdeki diğer elementlere kıyasla çok daha fazla sayıda (milyonlarca) bileşik oluşturabilmesinin temel nedenleri arasında aşağıdakilerden hangisi yer almaz?

  5. 5Aşağıdaki ifadelerin karbon elementi ve karbon allotropları konusuna göre doğru (D) ya da yanlış (Y) olduğunu belirleyiniz.

    • Aynı elementin atomlarının uzayda farklı sayı ve geometrilerde dizilmesiyle oluşan yapılara allotrop denir.
    • Elmas elektrik akımını iletmez ancak sahip olduğu sıkı kovalent ağ yapısı sayesinde ısıyı çok iyi iletir.
    • Grafit ve elmas doğada bulunmayan, laboratuvarda sentezlenen yapay karbon allotroplarıdır.
    • Grafen tabakasının silindir şeklinde kıvrılmasıyla elde edilen nanometre çaplı yapılara karbon nanotüp adı verilir.
    • Allotrop maddelerin fiziksel özellikleri birbirinin aynı, aynı maddeyle tam yanma ürünleri ise birbirinden farklıdır.
  6. 6Aşağıdaki karbon allotroplarını ve kavramlarını doğru özellikleriyle eşleştiriniz.

    Soldan bir öğeye, sonra sağdaki eşine dokunun.

  7. 7Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri verilen kelimelerden uygun olanlarıyla tamamlayınız.

    1. Atom numarası 6 olan karbon elementi oktet kararlılığına ulaşmak için elektron ortaklaşmasıyla adet kovalent bağ yapar.
    2. Düzgün dörtyüzlü ağ örgülü yapıda olan ve elektriği iletmeyip ısıyı ileten doğal karbon allotropuna denir.
    3. Yapısındaki hareketli pi elektronları sayesinde elektriği ileten ve kurşun kalem uçlarında kullanılan doğal allotrop olarak adlandırılır.
    4. Beşgen, altıgen ve yedigen karbon halkalarının kıvrılmasıyla oluşan top ve tüp şeklindeki yapay allotropa denir.
    5. Grafitin tek bir atom kalınlığındaki iki boyutlu altıgen bal peteği katmanı olan saydam ve esnek yapay allotropa adı verilir.
  8. 8Bir mühendislik projesinde: 1) Sert kayaçları delecek bir sondaj ucu, 2) Yüksek sıcaklığa dayanıklı bir elektroliz elektrodu ve 3) Katlanabilir ultra ince bir akıllı telefon ekranı tasarlanacaktır. Hangi karbon allotropunun hangi tasarımda kullanılması gerektiğini allotropların bağ ve kristal yapılarıyla ilişkilendirerek açıklayınız.

Kısaca

  • Karbon (6C) elementi 2. periyot 4A grubunda yer alır; 4 değerlik elektronunu ortaklaşa kullanarak 4 adet kovalent bağ yapar.
  • C-C bağ enerjisinin yüksek olması, karbonun tekli, ikili ve üçlü bağlar kurarak düz zincirli, dallanmış ve halkalı milyonlarca organik bileşik oluşturmasını sağlar.
  • Aynı element atomlarının uzayda farklı sayı ve geometrilerde dizilmesiyle oluşan yapılara allotrop denir; karbonun doğal allotropları elmas ve grafit, yapay allotropları ise fulleren, grafen ve karbon nanotüptür.
  • Elmasta karbon atomları sp3 hibritleşmesiyle 3 boyutlu düzgün dörtyüzlü ağ örgü oluşturur; çok serttir, elektriği iletmez fakat ısıyı çok iyi iletir.
  • Grafitte karbon atomları sp2 hibritleşmesiyle altıgen düzlemsel tabakalar oluşturur; tabakalar arası zayıf van der Waals bağları nedeniyle yumuşaktır, serbest pi elektronları sayesinde elektriği ve ısıyı iletir.
  • Fulleren (C60) beşgen ve altıgen halkalı küresel kafes yapıda; grafen tek atom kalınlığında 2 boyutlu altıgen bal peteği yapısında; karbon nanotüp ise grafenin silindirik sarımı yapısında üstün iletken nanomalzemelerdir.

Bu dersin öteki kaynakları