Karbon; hidrojen, helyum ve oksijenden sonra, evrendeki en yaygın elementtir ve bildiğimiz gibi tüm yaşamın temelini oluşturur. Karbon çok temel bir özelliği nedeniyle de “elementlerin kralı” olarak bilinmektedir. Nasıl olur da bir parça kömür ile parıldayan bir elmas aynı maddeden meydana gelebilir? Anlatmaya çalışalım.
Bilinen iki milyon farklı molekülden 1.700.000’ni karbon atomlu iskelete sahip moleküllerdir. Bu bileşikler, kimyanın organik kimya denilen muazzam dalında incelenirler. Diğer tüm elementlerin bileşikleri, anorganik kimyanın konusunu oluşturur.
Karbon atomları, uzun çizgiler boyunca birbiri ardına dizilerek çok kolay zincir oluştururlar. En kısa zincir, iki karbon atomundan oluşur. Örneğin, bir hidrokarbon olan etan molekülü, iki halkalı zincir şeklindedir. Peki, en uzun zincir hangisidir? Henüz bilinmiyor. Kısacası karbon elementi “zincir oluşturma kapasitesi” bakımından rakipsizdir. Ayrıca, bu zincirler dallanma ve halka oluşturmak üzere kapanma gibi durumlarda sergilerler. Bu yapılanmaların her biri ayrı bir kimyasal maddeyi simgeler.
Örneğin elmas ve grafiti ele alalım. İkisi de birbirlerinden çok farklıdır. Elmas en sert maddelerden biri olarak bilinmektedir. Tam tersine grafit ise yumuşak ve pulsudur. Aralarındaki fark, moleküllerinde bulunan karbon atomlarının farklı düzende olmasından kaynaklanır.
Elmasta, karbon atomları düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) denen geometrik şeklin köşelerinde yer alır ve birbirlerine büyük bir kuvvetle bağlıdır. Elmas bu yüzden çok serttir. Oysa grafitte karbon atomları düzlemler içinde dizilir ve düzlemler arası bağlar zayıftır. Grafitin çok yumuşak olup pul pul ayrılmasının nedeni budur.
Karbon Elementi Aslında Her Yerdedir
Çoğu elementin aksine, insanlar eski zamanlardan beri karbonun farkındadır. İlk insanlar bile karbonun kurum ve kömür formlarını biliyordu. Antik Roma’da “karbo” kelimesi “kömür” anlamına geliyordu. Bugünkü “karbon” kelimesinin kökeni de budur. İnsanlar karbonu binlerce yıldır kömür ve yandıktan sonra kurum olarak bilse de, 1772’de onun aslında benzersiz bir kimyasal varlık olduğunu gösteren Antoine Lavoisier’di.
Lavoisier, mercekler kullanarak Güneş ışınlarını odaklayan bir alet kullandı. Bu alet ile bir cam kavanozda bir elması yakmayı başaracaktı. Sonrasında da kavanozda bulunan kalıntıyı analiz ederek elmasın yalnızca karbondan oluştuğunu gösterebildi.
Elmas sadece karbonun en güzel formu değil, aynı zamanda bilinen en sert maddelerden birisidir. Elmaslar yerkabuğunun derinliklerinde, 1.000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda karbonun ezilmesiyle oluşur. Elmaslar dokunulduğunda hep soğuk olur çünkü ısı iletkenlikleri o kadar yüksektir ki ısıyı hızla uzaklaştırırlar. Tüm bunlar, karbon atomlarının elmaslarda sağlam bir piramit şeklinde dizilmesinden kaynaklanmaktadır. ( Ek okumalar: Dünyadaki En Sert Malzeme Elmas Değildir! İşte Onu Geçenler…)
Grafen için bir örnek için de herhangi bir kurşunkaleme bakabilirsiniz. Her ne kadar biz ona kurşunkalem desek de aslında kalemin ucu, zehirli bir metal olan kurşun değildir. Kurşunkalem uçları grafitten yapılmaktadır. Grafitte karbon atomları katmanlar halinde üst üste yığılı biçimdedir. Kurşunkalemle bir şey yazarken bu katmanları sırayla kâğıda bırakırız. Bu katmanların her birine “grafen” denir. Grafen çok sağlam ve birçok yönden özel bir maddedir. ( Ek okumalar: Uzayda Astronotlar Neden Uzay Kalemi Kullanmak Zorundadır?)
Grafitin etrafını kaplayan ahşap da diğer element atomlarına bağlanmış çok sayıda karbon atomu içerir. Parmaklarımız da ahşapla aynı atomlardan oluşur ama sert kurşunkalem malzemelerinin aksine parmaklarımız yumuşaktır. Vücudumuz ağırlıkça yüzde 18,5 karbondur.
Dünyadaki Karbon Miktarı Sabittir.
Dünyadaki karbon miktarı oldukça sabittir. Karbon döngüsü yoluyla bir formdan diğerine dönüştürülür. Karbon döngüsünde, fotosentetik bitkiler karbonu havadan veya deniz suyundan alır ve onu glikoza ve diğer organik bileşiklere dönüştürür. Hayvanlar da biokütlenin bir kısmını yerler ve karbondioksiti dışarı vererek atmosfere karbonu geri verir. Ancak bu döngünün sağlıklı işlemesi için, havadaki karbonu çekecek kadar ağaca sahip olmak çok önemlidir.
Amerikalı bilim adamı Willard F. Libby, içinde bulunan radyoaktif karbon alt türlerinin miktarını analiz ederek kalıntıların tarihlendirilmesi için bir yöntem geliştirdiği için 1960 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı. Radyokarbon veya C14 tarihleme, canlılarda biriken radyoaktif bir karbon formu olan C14’ün bozunmasını ölçer. Bu tarihleme yöntemi, 50.000 yıl öncesine kadar olan nesneler için kullanılabilir. Tüm bunlar sonucunda karbonun elementlerin kralı olarak anılması için yeterlidir.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- 10 Facts About Carbon (Atomic Number 6 or C); https://www.thoughtco.com
- Battle of the elements: what makes carbon King of the Elements?; Yayınlanma tarihi: 24 mayıs 2019; Bağlantı: https://physicsworld.com/
- 9 Essential Facts About Carbon. Yayınlanma tarihi: 17 Kasım 2017; Bağlantı: https://www.mentalfloss.com
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
