Karbon periyodik cetvelde 2. periyot 4A grubunda bulunan ametal kimyasal elementtir. Proton sayısı 6 olan karbon serbest haldeyken 1s kabuğunda 2 elektron vardır, 2s ve 2p kabuklarında ise bağ yapımında kullanılan toplam 4 elektronu vardır. Karbonun atomlar arası bağları kovalent denilen, elektronun ortaklaşa kullanımına dayalı bir bağ türünden meydana gelir. Evrende doğal hâlde ve diğer elementlerle bileşik halinde bulunabilir. Karbon farklı özelliklerinden dolayı evrende birçok bileşiğin yapısında bulunur, doğadaki bileşiklerin yaklaşık olarak %94 ü karbon elementi içerir. Doğada bulunan tüm canlı varlıkların yapısında karbon elementi vardır, canlı hücrelerin oluşumunda yapıtaşı olarak görev yapar.
Karbon doğada en çok allotropu bulunan elementtir. Bunlardan bazıları şunlardır; elmas, grafit, fulleren ve nanotüplerdir.
Elmasın yapısı
Elmas: Doğada bulunan en sert elementlerden birisidir, ısıyı ve elektriği iyi iletmez elmasın çok sert olmasının nedeni, karbon bağlarının dayanıklı ve diğer bağlarla ortaklaşa kenetlenmesinden kaynaklanır. 3 boyutlu yarıiletkendir ve karbon atomları sp³ şeklinde bağlanır.
Grafit: Atomları birbirine aynı düzlemde altıgen halkalar oluşturacak şekilde bağlanır. Birbiri üzerine binmiş levhalar, Van der Waals kuvveti ile birbirine bağlanır. Bu bağ çok zayıf olduğu için grafit bir yüzeyle temas ettiğinde levhalar birbiri üzerinden kayar. 2 boyutlu ve yarı metaliktir, karbon atomları sp² şeklinde bağlanır.
Fulleren: Çok sayıda karbon atomunun bir araya gelerek küresel yapılar oluşturmasıyla meydana gelen 0 boyutlu yapılardır.Yapay olarak elde edilirler, grafit benzeri yapıya sahiptirler fakat sadece altıgen değil, beşgen veya yedigen kristallerin ana düzleminin kıvrılmasıyla da küresel yapılar oluşturabilirler. Grafitin buharlaştırılmasıyla elde edilir, grafitin buharlaştırılması sırasında oluşan karbon yapıların, %75 kadarını 60 atomlu yapılar (C60), %23 kadarını da 70 atomlu yapılar (C70) geri kalan kısım ise diğer karbon nanotopları oluşturmaktadır.En az 20 atomludurlar 1000 atomlu olanları da gözlenebilir. Mekanik ve elektronik özelliği en iyi bilinen ve en sağlamı C60’tır.Genel olarak fulleren denir. C60, 12 yüzlü simetrisi 12 adet beşgen ve 20 adet altıgen yüzüyle futbol topuna benzemektedir.
Soldan sağa fullerenlerin ismi C70, C76, C84, C60.
Karbon Nanotüp: Silindirlerden oluşan fulleren tipi yapılardır. Önemli elektronik ve mekanik özelliklere sahip nanoyapılardır. Enerji iletimi diğer iletkenlere göre daha fazladır, karbon nanotüpler de fullerenler gibi yapay olarak üretilirler. Karbon nanotüpler oluşturmak için önce fullerenler oluşturulur. Fullerenler buharlaştırılır ve graphenlere (grafin) ayrışır; sonra sarılarak bunlardan farklı özellikte karbon nanotüpler üretilir. Elektrik iletkenliği karbon nanotüp yapısının geometrik özelliğine göre değişiklik gösterir, geometrik parametrelerini değiştirerek elektrik iletkenliğini kontrol edebiliriz. 1 boyutlu iletken ve yarıiletken yapılardır sp² şeklinde bağlanırlar.
Tek duvarlı karbon nanotüp.
Karbonun bu ilginç yapılarının nanoteknolojinin gelişmesinde çok önemli rolü vardır. Karbon yapıların sağlamlığı, farklı elektriksel ve mekaniksel özellikleri ve canlı yapılarla olan uyumu sayesinde; Temel Bilimler (Fizik, Kimya, Biyoloji) başta olmak üzere mühendislikten tıbba kadar bir çok uygulama alanına sahiptir. Artık endüstriyel alandan uzay araştırmalarına kadar kullanılan bir çok malzemede karbon elementi ve allotroplarından yararlanılmaktadır.
Kenan Elibol – KuarkMNB
Kaynaklar:
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Karbon
- http://nanoturkiye.blogspot.com/search/label/karbon%20nanotüp
- Türkiyede Nanoteknoloji-Geleceğin Malzemeleri, Bilim ve Teknik Dergisi
- Nanobilim ve Nanoteknoloji, Prof.Dr. Şakir ERKOÇ
- http://nanotube.msu.edu
