Karbon (c)

KARBON (C)

Atom numarası 6, atom ağırlığı 12,01, formülü C olan elementtir. Karbon tabiatta serbest (Elmas, Grafit) ve kimyasal bağlı olarak minerallerde, bitkisel ve hayvansal organizmalarda bulunur. Karbon IV-A grubu elementlerinin ilk elementidir.
Dokunulan ya da görülen hemen her şey, karbon içerir. İnsan vücudunu, karbona dayanan kimyasal bileşikler oluşturur.
Kimyasal Özellikleri:
Bütün elementlerin atom çekirdekleri yörüngelerinde dönen- elektronlarla çevrilidir. Karbon atomunda da ikisi çekirdeğe daha yakın, dördü daha uzak olan altı elektron bulunur. Karbonun elektronik konfigürasyonu 1s² 2s² 2p² dir. Dört valans elektronu bulunan karbonun asal gaz yapısına ulaşabilmesi için ya 4 ilave elektron kazanması veya 4 elektron kaybetmesi lazımdır. Fakat karbon, hiçbir zaman dört elektron kaybetmez.
Dört elektron kaybetmesi için çok yüksek enerjiye gereksinim duyulmaktadır.
Organik bileşiklerin açık formülünü vermek için karbon atomu düzgün bir dört yüzlünün merkezi olarak kabul edilir. karbon atomuyla birlikte bir organik molekül meydana getiren tek değerli dört atom veya dört kök dört yüzlünün köşelerine yerleştirilir. Bu dört atomun veya kökün hepsi birbirinden farklıysa, karbon asimetriktir.
Fiziksel Özellikleri:
Bütün karbon çeşitleri katıdır. Atmosfer basıncı altında erimez, elektrik arkında 3500 0C ta uçucu hale gelir. Isı ve elektriği oldukça iye iletir.
Arı karbon olarak doğada iki şekilde bulunur. Bunlardan birincisi grafittir. İkincisi elmastır.
Grafit
Grafit (yoğunluğu 2.2); siyah, yumuşak, yaprak tabakalıdır, iletkendir. Kaygın bir özellik gösterir ve kağıt üzerinde siyah bir leke bırakır. Grafit eski Yunanca’dan alınan bir kelime olup “Ben yazıyorum” anlamına gelmektedir.

Doğal grafit yaklaşık olarak %90-98 oranında arı karbon içerir. Grafit endüstrinin en önemli bir maddesi olup birçok yerde kullanılır. Bugün bu ihtiyaçlar için doğal grafit yeterli gelmemektedir. Bunun için grafit Achesan Metodu adı verilen bir metotla sun’i olarak imal edilmektedir. Bu metot karbonun adi sıcaklık ve basınçtaki dayanıklı bir allotrapik çeşidine dayanır.
Grafit ayrıca petrolden de elde edilebilir. Bu yoldan yapılan grafitte %99’un üstünde karbon bulunabilir.
Yağlayıcı maddelerde, yüksek ısı fırınları kaplamalarında, çelik yapımında, elektrik araçlarında ve pillerde, kurşun kalem yapımında kullanılır. Arı grafit nükleer reaktörlerde, zincirleme etkime hızını denetlemekte yararlanılır.
Grafit iyi bir elektrik iletkenidir. Bu özelliğinden dolayı grafit bir çok elektrik dinamo ve motorlarındaki süpürgelerin imalinde kullanılır.
Kimyasalca aktif olmayışı sebebiyle grafit, bir çok elektroliz işlemlerinde elektrot olarak kullanılır. Mesela, sodyum klorürün elektrolizinde elektrotlar grafitten yapılır. Sodyum klorürün elektrolizinden meydana gelen klor gazına dayanıklı grafitten başka bir maddenin bulunması hemen hemen imkansız gibidir. Aynı amaca paralel olarak kuru pillerde kullanılan elektrotlarda grafittendir.
Mum, alçı vs. gibi iletken olmayan maddelerin üzerine grafit tozu püskürtüldüğünde, bu maddelerin iletkenliği sağlanır.
Grafitin yegane çözücüsü ergimiş demirdir. Potasyum kromat (K2 Cr O4) ile sülfürik asit karışımı grafiti çok ağır etkileyerek karbondioksite çevirirler. Grafit 700 0C’de havada yanar.
Grafit 100.000 atmosfer basıncında 3000 0Cye kadar ısıtılırsa elmasa dönüşür.
Grafit, Sibirya, Kanada, Seylan ve Amerika’da bulunmaktadır.
Elmas:
Elmas (yoğunluğu 3.5) renksiz, saydam ve bilinen en sert maddedir, iletken değildir, kimyasal ve dış etkenlere karşı dayanıklıdır.
Elmas bor karbür hariç diğer hiçbir cisim tarafından çizilemez.
Elmasın saf karbondan meydana geldiğini 1814 yılında Davy bulmuştur. Davy bir parça elmas yaktığında meydana karbondioksit ve eser halinde kül kaldığını görmüştür. Elmas karbonun diğer çeşitlerinin çok yüksek basınç ve sıcaklık altında kalması sonucu meydana gelir. Yer altındaki ergimiş minerallerde bulunan karbon gerekli basınç ve sıcaklığın etkisiyle kristalleşerek elması meydana getirir. Yaklaşık 150 km. derinlikte elmas, erimiş kayalar içinde billurlaşır, daha sonra kayanın soğumaya uğraması ile yüzeye itilir. Elmas daha çok, mavi toprak ya da kimberlit adı verilen mavi renkli bir kayanın kolonlarından çıkarılır.
Tabiatta bu şekilde bulunan elmas parlak olmayan donuk bir taştır. Doğada elma, yüzeyleri çizik ve yaralanmış oktaedr kristal yapılı olarak elde olunur. Daha sonra bu yüzeyler kesilerek ve parlatılarak elmas hazırlanır. Elmasın kırılma endisi yüksek olduğundan ışığı bütün satıhlarında yansıtır. Elmasın kırılma endisi 2.41’dir. bu elmasa ışıldama özelliği kazandırır. Kimyasalca aktif olmayışı, sertliği, nadir bulunuşu ve optik özelliği dolayısıyla elmas tabiatta yegane kıymetli taştır.
Elmasın rengi, beyaz (renksiz), sarı-kırmızı, portakal, yeşil, mavi, kahve ve siyah olmak üzere muhteliftir. Koyu renkli elmaslar kıymetli değildir fakat sert oluşları dolayısıyla endüstride faydalanılır.
Çok sert oluşu dolayısıyla elmas önemli bir sınai alettir. Siyah elmas ve elmas tozu, zımpara disklerini kaplamak için kullanılır. Daha sonra bu diskler çok sert alaşımların kesilmesinde kullanılır.
Elmasın karbondan ibaret olduğu bilindikten sonra, bir çok kimse kömürü yüksek sıcaklık ve basınca tabi tutarak elması sun’i olarak elde etmeği denedi.
Bu işe ilk teşebbüs eden 1887 yılında Moisson’dur. Moisson, 3500 0C’da ergitmiş olduğu demir ve karbonu karıştırarak ergitti. Sonra bu ergimiş kitleyi soğuk suya batırdı. Burada meydana gelen basınç sonucu demir ile birlikte 12 adet siyah saydam sun’i elmas meydana geldiğini gördü. 1936 yılında Kansas Mc Pherson Kolej<inde Profesör J. Wr. Herakey aynı işlem ile 2 x 1 x 1 mm büyüklüğünde birinci kalite bir elmas elde etmiştir.
Grafit ve elmasın farklı özellikleri bu iki cismin kristal bünyelerinin tetkikinden anlaşılabilir. 1912 yılında Alman bilim adamı Von Lava, bir kristaldeki atomların tanzimini röntgen ışınları yardımı ile tayin eden bir tekniği bulmuştur. Bu tekniğe röntgen veya X-ışınları kristallografisi adı verilir. Bu teknik 20. yüzyılın en önemli ilmi bir buluşudur. Katı cisimlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri ile bünyeleri arasındaki çok kuvvetli bir bağın mevcut olduğunu Röntgen ışınları çalışmaları göstermiştir.
Havasız yerde elmas 1500 0C’ın üstünde grafite çevrilir.
Celmas Cgrafit + 0,2 Kcal





Tabii olarak elde olunan elmas kristali yapısı







Grafit kristalindeki karbon atomlarının durumu

Karbonun bileşikleri
Karbon iki oksit oluşturur: Karbondioksit (CO2) karbon monoksit (CO). Her ikisi de renksiz, kokusuz gazlardır.
CO (Karbon monoksit)
CO’in meydana gelme olayı istisnai bir durumdur. CO çok kuvvetli bir zehir olup, hava gazının bileşiminde bulunur.
CO2 (Karbon dioksit)
CO2 , karbonun tam yanmasıyla ele geçer. Ayrıca karbonatların ısıtılması veya asitler katılmasıyla da oluşur.
Ca CO3 CaO + CO2
Ca CO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2
CS2 (Karbon disülfür)
Kükürt ile oksijen, serbest karbon ile doğrudan doğruya birleşebilen elementlerdir.
Böyle birleşmelerinde yüksek sıcaklığa ihtiyaç vardır. Karbon atomu çok az elementlerle direkt olarak birleşir.
C + 2 S ısı CS2
CCl4 (Karbon tetraklorür)
Karbon ile klor gazı direkt olarak birleşmezler. Bunun için karbon tetraklorür, karbon disülfür ile klor’un reaksiyonu sonucu elde olunur.
CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2 Cl2
SiC (Silisyum Karbür)
Silisyum karbür, kum ile kok kömürünün elektrik fırınındaki reaksiyonundan elde olunur.
B4 C (Bor Karbür)

Doğada bulunan minerallerden bir kısmı karbonat asidinden türerler. Kireç taşı, mermer, tebeşir, CaCO3, Magnesit Mg CO3, Demirspat FeCO3, Mangon spet MnCO3 en önemli mineralleridir.
Analitik kimya bakımından önemli olan Karbon bileşikleri:
Karbonat asidi (H2 CO3), Asetikasit (CH3 COOH), Oksolik asit ([COOH)2), tartarikasit (C4H6O6), Siyanür asidi (HCN), Radonür asidi (HSCN) ve bütün bu asitlerin vermiş olduğu tuzlar.
Organik bileşikleri, tüm karbon hidratlar, alkanlar, akkenler, Alkinler, Alkoller, organik asitler, aldehitler, ketonlar, esterler, eterler, aminler ve amitler karbon içermektedir.
Karbon bileşiklerin kaynakları, taş kömürü, petrol, doğal gaz ve bazı bitki ve hayvan ürünleridir.

OKSİJEN (O)
Atom numarası 8, atom ağırlığı 16 olan gaz halindeki elementtir. VI-A grubu elementi olan oksijen bu gruptaki diğer elementlere nazaran daha elektronegatiftir. Flordan sonraki en yüksek elektronegatifliğe sahiptir. Metallerle iyonik ve ametallerle kovalent bileşikler oluştururlar. Hemen hemen bütün basit elementlerle birleşir. Oksijenle birleşmelerde genellikle ısı açığa çıktığı için buna “yanma” denir. Holojen ve azot dışında bütün ametaller, özellikle hidrojen, kükürt, fosfor ve karbon oksijen içinde ve havada yanabilirler.
Kimyasal Özellikleri:
Oksijen ilk olarak 1774’de Priestley ve 1777’de Scheele tarafından elde edilmiş olup 1781’de Lavoisier tarafından yanmayı temin edici madde olarak tanınmış ve oxygenium adı verilmiştir. Simgesi o harfidir.
Oksijenin elektron konfigürasyonu 1s2 2s2 2p4 ‘tür. İki p elektronu çiftleşmemiştir. İki oksijen arasında bir çift kovalent bağ oluşturmaktadır.
:Ö = Ö: O2
oksijenin diğer bir formu Lewis yapılarıyla daha iyi ifade edilebilen ozondur (O3). Burada bir rezonans hibriti ileri sürülmektedir. O – O bağları ekivelenttir. Tek ve çift bağ arasında bir bağ derecesine sahiptir.
O2 Elementi:
Laboratuarlarda, O2 gazı KmnO4 ile H2O2 ‘den teknikte ise sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonu ile elde edilir. Sıvı havada, sıvı halinde oksijen ve azot bulunur. Bunun ısıtılmasıyla, ilk önce azot (kaynama noktası - 1960C) buharlaşır. Geriye kaynama noktası -183 0C olan sıvı oksijen kalır.
Oksijen renksiz bir gazdır. Patlayıcı gaz ve asetilen üfleçlerinde kullanılır. Bu maksatla oksijen 200 atmosferlik bir basınçta çelik bombalara konur. Karbon dioksidin aksine oksijen bu kadar yüksek basınçta da sıvı halinde değildir. Çünkü oksijenin kritik sıcaklığı -118,8 0C’dir. Sıvı halindeki oksijende O2 moleküllerinden başka O4 şeklinde olan oksijen molekülleri vardır.


OZON
Oksijen O2 şeklinden başka O3 , yani ozon şeklinde de bulunabilir. O2 kokusuz olmasına karşılık ozonun keskin bir kokusu vardır. Bu cisim renksiz bir gazdır ve havadan veya O2 ‘den elektrik deşarjı tesiriyle oluşur.1889 yılında Schönbein, beyaz fosforun havada yükseltgenmesiyle ozonun oluştuğunu, kokusundan anlamak suretiyle saptamıştır. Ozonun O2 ile olan %10’luk karışımı 1856 yılında Siemens tarafından saf ozon ise 1922 yılında Riesenfeld ve Schwod tarafından elde edilmiştir. Saf ozon patlayıcıdır.
Oksijenin Tabiatta bulunduğu cisimler, taşlar ve sudur. Bundan başka atmosferde serbest halde O2 gazı bulunur. Deniz seviyesine yakın tabakalarda oksijenin hacim yüzdesi 20,9 ‘dur. O2’nin elementlerle yaptığı bileşiğe oksitler denir.
Fiziksel Yapısı:
Saf ya da serbest halde bulunan oksijenin en çok rastlanan şekli gaz halidir. Oksijen moleküllerinin oluşturduğu oksijen gazı, her molekül iki oksijen atomu içerdiği için O2 olarak gösterilir.
Yer kabuğunun yarısı başka elementlerle bileşik halde bulunan oksijen içerir. İnsan vücudunu ve bütün canlı organizmaların vücutlarının büyük bir kısmını, başka elementlerle bileşik halde olan oksijen oluşturmaktadır.
Normal oda basıncında oksijen, -183 0C’ye soğutulursa açık mavi renkte bir sıvıya dönüşür, -2180C’de donarak açık mavi renkte bir katı madde oluşturur.
Ozon ise -251 0C’de gayet koyu mavi billurlar halinde donar.
Ozon parçalandığı takdirde O2 ile O’ye ayrılır. Burada bir an için mevcut bulunan atomal oksijen gayet kuvvetli bir oksidasyon maddesidir.
Ozon gazı kolayca organik çifte bağlara katılır. Bu takdirde ozonür denilen, ekseriyetle renksiz v ekoyu bir kıvamı olan patlayıcı sıvılar meydana gelir.
Biyolojik bakımdan oksijen dünyadaki elementlerin en önemlilerinden biridir. Bütün canlıların hayatsal faaliyetlerini devam ettirmeleri için oksijene ihtiyaçları vardır. Bütün hayvanlar enerji ve ısı ihtiyaçlarını özellikle organik bileşikler olan gıda maddelerinin (yağların, karbonhidratların ve proteinlerin) O2 ile birleşmelerinden, yani gıda maddelerinin yakılmalarından temin ederler.
Oksitlenme hemen bütün canlıların vücutlarında meydana gelen bir olaydır. Vücutta yakıtın yerini besin maddeleri tutar.
Endüstride bol ve ucuz oksijen havadan ve daha küçük ölçüde sudan elde edilir. Sudan elektroliz ile havadan ise, sıvı hava buharlaştırılarak elde edilir.
O2 ‘yi bitkiler besin üretirken dışarıya yan ürün olarak vermektedir.
Fe2 O3, Ca SO4, SO3, C2 H5 O H, H2O, H2 O2 alkoller organik asitler, aldehitler, esterler, amitler, eterler oksijen içerir.




















KAYNAKÇA
- Bilimler Ansiklopedisi, 4. Cilt, Komisyon, Arkın Kitabevi, İstanbul.
- Bilimler Ansiklopedisi, 3. Cilt, Komisyon, Arkın Kitabevi, İstanbul.
- Kimya Denel Bir Bilim. Ders Kitabı, Komisyon, M. E. Basımevi, 6. Basım, İstanbul-1976.
- Temel Kimya, Prof. Dr. Saim Saraçoğlu, Çağlayan Kitabevi, I. Basım, İstanbul-1969.
- Anorganik kimya Uygulaması (Kalitatif Analiz), Prof. Dr. Fikret Baykut, Fatih Matbaası, 5. Baskı, İstanbul-1981.
- Genel Kimya, Doç. Dr. Fahrettin Çiçekdağ, Uğur Ofset Matbaası, I. Basım, İzmir-1977.
- Genel Anorganik ve Teknik Kimya, 2. Cilt, Doç. Dr. H. İbrahim Özdemir, Arı Kitabevi Matbaası, I. Baskı, İstanbul-1970.
- Genel Kimya (Teori ve Problemler), Prof. Dr. Özer Bekaroğlu, Dr. Nükhet Tan, Doğan Ofset, I. Baskı, İstanbul-1986.
- Genel Anorganik Kimya, Ord. Prof. Dr. Fl. L. Breusch, Prof. Dr. Emin Ulusoy, Fatih Kitabevi, I. baskı, İstanbul-1976.
- Meydan Larousse.
- Meydan Larousse, 9. Cilt.








DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ
BUCA EĞİTİM FAKÜLTESİ
İLKÖĞRETİM MATEMATİK ÖĞRETMENLİĞİ BÖLÜMÜ




GENEL KİMYA II VİZE ÖDEVİ


OKSİJEN VE KARBON ELEMENTLERİ




DANIŞMAN
Prof. Dr. Zeliha METE

HAZIRLAYAN
Ş. Burçin BAŞER
İMT-2-A 2000219020


İZMİR - 2002





11


1