193 Share

Canlılığın Belirtisi Karbon Elementi

Emre Altunsoy10 ay önce



Karbon , periyodik tablodaki C sembolü ve atom numarası 6 olan kimyasal elementtir. Bol miktarda metalik olmayan, dört değerlikli bir element olan karbonun birkaç allotropik formu vardır:

  • elmaslar (bilinen en zor mineral). Bağlanma yapısı: 3 boyutlu sözde sp3 orbitallerinde 4 elektron
  • grafit (en yumuşak maddelerden biri). Bağlanma yapısı: 2 boyutlu sp2 orbitallerinde 3 elektron ve s orbitallerinde 1 elektron.
  • Kovalent bağlı sp1 orbitalleri yalnızca kimyasal ilgi konusudur.

Karbon elementi, bilinen tüm canlı sistemlerin hayati bir bileşenidir ve onsuz, bildiğimiz haliyle hayat var olamaz (bkz. Karbon şovenizmi). Karbonun başlıca ekonomik kullanımı hidrokarbonlar biçimindedir, en önemlisi fosil yakıtlar metan gazı ve ham petroldür. Ham petrol, petrokimya endüstrisi tarafından, diğerlerinin yanı sıra sözde rafinerilerde bir damıtma işlemi yoluyla petrol, benzin ve kerosen üretmek için kullanılır. Ham petrol, çoğu toplu olarak plastik olarak adlandırılan birçok sentetik maddenin hammaddesini oluşturur.

Fullerit ( fullerenler ) nanometre ölçekli moleküllerdir. Basit formda 60 karbon atomu, bir futbol topuna benzer şekilde 3 boyutlu bir yapıya bükülen bir grafitik katman oluşturur.

Lamba siyahı küçük grafitik alanlardan oluşur. Bu alanlar rastgele dağılmıştır, bu nedenle tüm yapı izotropiktir.

Sözde "camsı karbon" izotropiktir ve cam kadar güçlüdür. Normal grafitten farklı olarak, grafitik katmanlar bir kitaptaki sayfalar gibi düzenlenmez, buruşuk kağıt gibi buruşuktur.

Karbon lifleri camsı karbona benzer. Özel işlem altında (organik liflerin gerilmesi ve karbonizasyon), karbon düzlemlerini lif yönünde düzenlemek mümkündür. Fiber eksenine dik olarak karbon düzlemlerinin yönelimi yoktur. Sonuç, çelikten daha yüksek özgül mukavemete sahip liflerdir.

Karbon elementi tüm organik yaşamda bulunur ve organik kimyanın temelini oluşturur. Bu ametal aynı zamanda, kendisiyle ve çok çeşitli diğer elementlerle bağlanarak yaklaşık 10 milyon bilinen bileşik oluşturarak ilginç kimyasal özelliklere sahiptir. Oksijenle birleştiğinde, bitki büyümesi için kesinlikle hayati önem taşıyan karbondioksiti oluşturur. Hidrojen ile birleştiğinde , fosil yakıtlar şeklinde endüstri için gerekli olan hidrokarbon adı verilen çeşitli bileşikler oluşturur. Hem oksijen hem de hidrojen ile birleştiğinde yağ asitleri dahil birçok bileşik grubu oluşturabilir.yaşam için gerekli olan ve birçok meyveye lezzet veren esterler. İzotop karbon-14, radyoaktif tarihlemede yaygın olarak kullanılır.

Karbon, birçok nedenden ötürü dikkate değer bir elementtir. Farklı biçimleri arasında, insanoğlunun bildiği en yumuşak (grafit) ve en sert (elmas) maddelerden biri bulunur. Dahası, diğer karbon atomları da dahil olmak üzere diğer küçük atomlarla bağlanmak için büyük bir afiniteye sahiptir ve küçük boyutu onu birden fazla bağ oluşturabilir hale getirir. Bu özelliklerinden dolayı karbonun yaklaşık on milyon farklı bileşik oluşturduğu bilinmektedir. Karbon bileşikleri, Dünya'daki tüm yaşamın temelini oluşturur ve karbon-nitrojen döngüsü, güneş ve diğer yıldızlar tarafından üretilen enerjinin bir kısmını sağlar.

Büyük patlamada karbon, üretilmesi için alfa parçacıklarının (helyum çekirdeği) üçlü çarpışmasına ihtiyaç duyduğu için yaratılmadı. Evren başlangıçta mümkün olamayacak kadar hızlı genişledi ve soğudu. Bununla birlikte, yıldızların üçlü alfa süreci aracılığıyla bir helyum çekirdeğini karbona dönüştürdüğü yatay daldaki yıldızların iç kısmında üretilir.

Fiziksel özellikler

Karbonun birkaç kristalin modifikasyonu bilinmektedir: grafit, elmas, carbyne, lonsdaleite ve diğerleri. Grafit gri-siyah, opak, dokunulduğunda yağlı, pullu, metalik parlaklığa sahip çok yumuşak bir kütledir. Altıgen yapıdaki kristallerden yapılmıştır: a = 2.462 Å, c = 6.701 Å. Oda sıcaklığında ve normal basınç altında (0,1 mN / m 'de 2 ya da 1 kgf / cm 2) grafit termodinamik olarak kararlıdır. Elmas çok sert, kristal bir maddedir. Kristallerin yüz merkezli kübik bir kafesi vardır: a = 3.560 Å. Oda sıcaklığında ve normal basınçta elmas yarı kararlıdır. 1400 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda vakumda veya hareketsiz bir atmosferde elmasın grafite dönüşümü gözlenir. Atmosferik basınçta ve yaklaşık 3700 ° C'lik bir sıcaklıkta grafit süblimleşir. Sıvı karbon 10.5 mN / m üzerindeki basınçlarda elde edilebilir 2 (105 kgf / cm 2) ve 3700 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklar Katı karbon (kok, is, odun kömürü) ayrıca düzensiz bir yapıya sahip bir durumla karakterize edilir - bağımsız bir modifikasyonu temsil etmeyen "amorf" karbon; yapısı ince kristal grafit yapısına dayanmaktadır. Hava erişimi olmadan bazı "amorf" karbon çeşitlerinin 1500-1600 ° C'nin üzerinde ısıtılması, bunların grafite dönüşmesine neden olur. "Amorf" karbonun fiziksel özellikleri, büyük ölçüde partikül boyutuna ve safsızlıkların varlığına bağlıdır. "Amorf" karbonun yoğunluğu, ısı kapasitesi, ısıl iletkenliği ve elektriksel iletkenliği her zaman grafitinkinden daha yüksektir. Carbyne yapay olarak elde edilir. İnce kristal siyah bir tozdur (yoğunluk 1.9-2 g / cm 3). Birbirine paralel olarak yığılmış uzun C atom zincirlerinden yapılmıştır. Lonsdaleite, meteorlarda bulunur ve yapay olarak elde edilir.

Kimyasal özellikler

Bir karbon atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 2s 2 2p 2'dir . Karbon, dış elektron kabuğunun 2sp 3 durumuna uyarılması nedeniyle dört kovalent bağ oluşumu ile karakterize edilir . Bu nedenle Karbon, elektronları hem çekebilir hem de verebilir. Kimyasal bağ, 4, 3 ve 2 koordinasyon numaralarına karşılık gelen sp 3 -, sp 2 - ve sp- hibrit orbitalleri nedeniyle gerçekleştirilebilir . Carbon'un değerlik elektronlarının sayısı ve değerlik orbitallerinin sayısı aynıdır; bu, karbon atomları arasındaki bağın kararlılığının nedenlerinden biridir.

Karbon atomlarının güçlü ve uzun zincirler ve döngüler oluşturmak için birbirleriyle birleşmedeki benzersiz yetenekleri, organik kimya tarafından incelenen çok sayıda çeşitli karbon bileşiğinin ortaya çıkmasına neden oldu.

Bileşiklerde, Karbon -4'lük oksidasyon durumları sergiler; +2; +4. Atom yarıçapı 0.77Å, kovalent yarıçaplar 0.77Å, 0.67Å, 0.60Å, sırasıyla tek, çift ve üçlü bağlarda; iyonik yarıçapı C 4 - 2.60 Å, C 4+ 0.20 Å. Normal koşullar altında, karbon kimyasal olarak inerttir; yüksek sıcaklıklarda birçok elementle birleşerek güçlü indirgeme özellikleri sergiler. Kimyasal aktivite şu sırayla azalır: "amorf" Karbon, grafit, elmas; atmosferik oksijen ile etkileşim (yanma) sırasıyla 300-500 ° C, 600-700 ° C ve 850-1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda karbon monoksit (IV) CO 2 ve karbon monoksit (II) CO oluşumu ile gerçekleşir .

CO 2 su içinde çözülür, karbonik asit oluşturmak üzere. 1906'da O. Diels karbon undeoksit С 3 О 2 aldı . Tüm Karbon biçimleri alkalilere ve asitlere karşı dirençlidir ve yalnızca çok güçlü oksitleyicilerle (krom karışımı, konsantre HNO 3 ve KClO 3 karışımı ve diğerleri) yavaşça oksitlenir . "Amorf" Karbon, ısıtıldığında oda sıcaklığında flor, grafit ve elmasla reaksiyona girer. Karbonun klor ile doğrudan bağlantısı bir elektrik arkında meydana gelir; karbon, brom ve iyot ile reaksiyona girmez; bu nedenle, birçok karbon halojenür dolaylı olarak sentezlenir. COX 2 genel formülünün oksihalitlerinden(X halojendir) en iyi bilinen kloroksit COCl (fosgen). Hidrojen, elmasla etkileşmez; grafit ve katalizörler (Ni, Pt) mevcudiyetinde yüksek sıcaklıklarda "amorf" terimi, karbon ile reaksiyona girer: 600-1000 ° C 'de, esas olarak metan CH 4 oluşturulur 1500-2000 de, ° C - asetilen Cı 2 H 2 ; Diğer hidrokarbonlar, örneğin, ürün içinde mevcut olabilir, etan Cı 2 H 6 , benzen Cı 6 H 6 . Kükürtün "amorf" karbon ve grafit ile etkileşimi 700-800 ° C'de, elmasla 900-1000 ° C'de başlar; her durumda, karbon disülfür CS2 oluşur . Kükürt içeren diğer karbon bileşikleri (tiyoksit CS, tiyonedoksit C 3 S2 , COS sülfür dioksit ve tiyofosgen CSCl 2 ) dolaylı olarak elde edilir. CS 2 metal sülfürlerle etkileşime girdiğinde, tiyokarbonatlar oluşur - zayıf tiyokarbonik asit tuzları. Siyanojen (CN) 2 üretmek için karbonun nitrojen ile etkileşimi, bir nitrojen atmosferinde karbon elektrotları arasında bir elektrik boşalması geçirildiğinde meydana gelir. Karbonun nitrojen içeren bileşikleri arasında, hidrojen siyanür HCN (Hidrosiyanik asit) ve çeşitli türevleri: siyanürler, halosiyaninler, nitriller ve diğerleri büyük pratik öneme sahiptir. 1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, Karbon birçok metalle reaksiyona girerek karbür verir. Isıtıldığında, tüm Karbon biçimleri metal oksitleri serbest metaller (Zn, Cd, Cu, Pb ve diğerleri) veya karbürler (CaC2 , Mo 2 C, WC, TaC ve diğerleri). Karbon, 600-800 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda su buharı ve karbondioksit (Yakıt gazlaştırma) ile reaksiyona girer. Grafitin ayırt edici bir özelliği, alkali metaller ve halojenürler ile 300-400 ° C'ye kadar orta derecede ısıtmayla etkileşime girerek C 8 Me, C 24 Me, C 8 X tipi (burada X halojendir, Me metaldir) inklüzyon bileşikleri oluşturabilmesidir . Grafitin HNO 3 , H 2 SO 4 , FeCl 3 ve diğerleri ile dahil edildiği bilinen bileşikler (örneğin grafit bisülfat C 24 SO 4 H 2). Karbonun tüm biçimleri, yaygın inorganik ve organik çözücülerde çözünmez, ancak bazı erimiş metallerde (örn. Fe, Ni, Co) çözünü

Karbon üretimi

Bilim tarafından bilinen yaklaşık on milyon karbon bileşiği vardır ve bunların binlercesi yaşam süreçleri ve ekonomik açıdan çok önemli organik bazlı reaksiyonlar için hayati öneme sahiptir. Bu element güneşte, yıldızlarda, kuyruklu yıldızlarda ve çoğu gezegenin atmosferinde bol miktarda bulunur. Bazı göktaşları, güneş sistemi hala bir proto-gezegensel disk iken oluşan mikroskobik elmaslar içerir. Diğer elementlerle birlikte karbon, dünyanın atmosferinde bulunur ve tüm su kütlelerinde çözülür. Daha az miktarda kalsiyum, magnezyum ve demir ile çok büyük kütleli karbonat kayaların (kalker, dolomit, mermer vb.) Önemli bir bileşenidir. Hidrojen ile birleştiğinde karbon kömürü oluşturur,

Grafit, Amerika Birleşik Devletleri'nde New York ve Texas'ta büyük miktarlarda bulunur; Rusya; Meksika; Grönland ve Hindistan.

Doğal elmaslar, antik volkanik "boyunlarda" veya "borularda" bulunan mineral kimberlitte bulunur. Elmas yataklarının çoğu Afrika'da, özellikle Güney Afrika, Namibya, Botsvana, Kongo Cumhuriyeti ve Sierra Leone'de. Ayrıca Kanada, Rusya Arktik Bölgesi, Brezilya ve Kuzey ve Batı Avustralya'da da yataklar bulunmaktadır.

Kullanım Alanları
Genel
İsim, Sembol, NumaraKarbon, C, 6
Kimyasal serisiAmetaller
Grup, Dönem, Blok14 (IVA), 2, p
Yoğunluk, Sertlik2267 kg / 3 ,
0.5 (grafit)
10.0 (elmas)
Görünümsiyah (grafit)
renksiz (elmas)
Atomik özellikler
Atom ağırlığı12.0107 amu
Atom yarıçapı (hesap.)70 (67)
Kovalent yarıçap77 pm
van der Waals yarıçapı170 pm
Elektron konfigürasyonu[ O ] 2 s 2 2p 2
e - enerji seviyesi başına2, 4
Oksidasyon durumları (Oksit)4 , 2 (hafif asidik)
Kristal yapıAltıgen
Fiziki ozellikleri
Maddenin durumukatı (manyetik olmayan)
Erime noktası3773 K (6332 ° F)
Kaynama noktası5100 K (8721 ° F)
Molar hacim5.29 x 10 -6 m 3 / mol
Buharlaşma ısısı355,8 kJ / mol (süblimler)
Füzyon ısısıYok (süblimeler)
Buhar basıncı0 Pa
Sesin hızı18350 m / sn

  • 27 Şubat 1940'ta keşfedilen izotop 14 C, radyokarbon tarihlemesinde kullanılıyor.
  • Bazı duman dedektörleri, iyonlaştırıcı radyasyon kaynağı olarak küçük miktarlarda radyoaktif karbon izotopu kullanır (Bu tür duman dedektörlerinin çoğu, Americium izotopunu kullanır)
  • Kalemlerde kullanılan 'kurşunu' oluşturmak için grafit killerle birleştirilir.
  • Elmas, dekoratif amaçlı ve ayrıca matkap uçları ve sertliğinden yararlanan diğer uygulamalarda kullanılır.
  • Çelik yapmak için demire karbon eklenir.
  • Karbon, nükleer reaktörlerde kontrol çubukları için kullanılır.
  • Toz haline getirilmiş, topaklanmış formdaki grafit karbon, yemek pişirme, sanat eserleri ve diğer kullanımlar için odun kömürü olarak kullanılır.
  • Kömür hapları, tıpta, sindirim sisteminden toksinleri veya zehirleri emmek için hap veya toz halinde kullanılır.

Bu Blog İçin Durumunu Belirt

Love

0

Cool

0

Geeky

0

Lol

0

Meh

0

Omg

0

Thnk

0

Angry

0

Yorumda isminiz görünsün mü ?

Benzer Bloglar