Karbon

Özellikler

Karbon, sembolü "C" ve atom numarası 6 olan kimyasal bir elementtir. Karbon, yer kabuğunun yalnızca %0,025'ini oluşturur ancak yine de diğer tüm elementlerin birleşiminden daha fazla bileşik oluşturur. 1961'de karbon-12 izotopu, diğer tüm elementlerin atom ağırlıklarının ölçülmesinde standart olarak kullanılan oksijenin yerine seçilmiştir.^[1] Karbon atomları çeşitli şekillerde birbirine bağlanabilir ve bu da çeşitli karbon allotroplarına neden olur. En iyi bilinen allotroplar grafit ve elmastır.^[2]

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Karbon, gözlemlenebilir evrende hidrojen, helyum ve oksijenden sonra kütle itibariyle en bol bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Temmuz 2020'de gökbilimciler, karbonun özellikle iki güneş kütlesinden büyük olan beyaz cüce yıldızlarda oluştuğuna dair kanıtlar bildirdi.^{[3], [4]} Karbon Güneş'te, yıldızlarda, kuyruklu yıldızlarda ve çoğu gezegenin atmosferinde bol miktarda bulunur.^[5]

2014 yılında NASA, evrendeki polisiklik aromatik hidrokarbonları (PAH'lar) izlemek için büyük ölçüde geliştirilmiş bir veri tabanı oluşturduğunu duyurdu.^[6] Bu bileşikler, yaşamın oluşumunda rol oynadıkları varsayılan PAH Dünya Hipotezi'nde yer almaktadır. PAH'lar evrende yaygın olarak bulunan ve yeni yıldızlar ve dış gezegenlerle ilişkilendirilirler. Büyük Patlama'dan birkaç milyar yıl sonra oluştukları tahmin edilmektedir.^[5] Dünya'nın bir bütün olarak, çekirdekte 2000 ppm (milyon parçada bir) ve birleşik manto ve kabukta 120 ppm olmak üzere 730 ppm karbon içerdiği tahmin edilmektedir. Dünyanın kütlesi 5,972 × 10²⁴ kg olduğundan, bu 4360 milyon gigaton karbon anlamına gelir.^[7]

Uygulama ve Kullanım Alanları

Karbon, bilinen tüm canlılar için gereklidir. Karbonun gıda ve odun dışındaki başlıca ekonomik kullanımı hidrokarbonlar biçimindedir, en önemlisi ise fosil yakıt metan gazı ve ham petrol şeklindedir. Ticari olarak değerli hayvansal kökenli karbon polimerleri arasında yün, kaşmir ve ipek bulunur.

Karbon ve bileşiklerinin kullanımları oldukça çeşitlidir. En yaygın olanı karbon çeliği olan demir ile alaşımlar oluşturabilir. Grafit, yazı ve çizim için kullanılan kalemlerdeki "kurşunu" oluşturmak için killerle birleştirilir. Aynı zamanda bir yağlayıcı ve pigment olarak, cam üretiminde, kuru aküler için elektrotlarda, elektro kaplamada, elektrik motorları için fırçalarda ve nükleer reaktörlerde nötron moderatörünün kalıplama malzemesi olarak kullanılır.

Elmas

Elmas endüstrisi iki kategoriye ayrılır. Biri mücevher değerindeki elmaslarla, diğeri ise endüstriyel sınıf elmaslarla ilgilidir. Her iki elmas türünde de büyük bir ticaret ağı var olsa da iki pazar önemli ölçüde farklara sahiptir. Endüstriyel elmaslar sertlikleri ve ısı iletkenlikleri için değerlidir. Gemolojik berraklık ve renk özellikleri çoğunlukla önemsizdir. Maden çıkarılan elmasların yaklaşık %80'i (yılda yaklaşık 100 milyon karat veya 20 tona eşittir), değerli taşlar endüstriyel kullanım için ayrılır.^[8]

Tarihi

İlk insan uygarlıklarına kadar kurum ve odun kömürü olarak bilinen karbon, tarih öncesi çağlarda keşfedilmiştir. Elmaslar muhtemelen MÖ 2500 tarihinde Çin'de biliniyordu. Oysa odun kömürü şeklindeki karbon, Roma dönemlerinde, tıpkı bugün olduğu gibi havayı dışarıda bırakmak için kille kaplanmış bir piramitte odun pişirilerek yapılmıştı.^{[9], [10]}

Etimolojisi

İngilizce adı "Carbon", "kömür" ve "odun kömürü" anlamına gelen Latince "Carbo"dan gelir. Ayrıca odun kömürünün Fransızcası "Charbon"dur. Almanca, Felemenkçe ve Danca'da, karbonun adları sırasıyla "Kohlenstoff", "Koolstof" ve "Kulstof"dur ve tamamının Türkçe karşılığı ise "kömür"dür.

Önlem ve Güven

Saf karbon, canlılar için son derece düşük toksik etkiye sahiptir öyle ki grafit veya odun kömürü elle tutulabilir. Bu element sindirim sisteminin asidik içeriklerinde dahi çözünmeye karşı dirençlidir. Sonuç olarak, vücut dokularına girdiğinde muhtemelen orada sonsuza kadar kalacaktır.

Yüksek miktarlarda kömür tozu veya isinin (karbon siyahı) solunması ise tehlikelidir; böyle bir durumda akciğer dokularını tahriş edebilir ve çeşitli akciğer hastalıklarına sebebiyet verebilir. Aşındırıcı olarak kullanılan elmas tozu, yutulduğunda veya solunduğunda zararlı olabilir. Dizel motorların egzoz dumanlarında bulunan karbon mikro partikülleri akciğerlerde birikebilir.^[11] Bu örneklerde, zarar karbonun kendisinden ziyade, kirletici (organik kimyasallar ve ağır metaller gibi) maddelerden kaynaklanabilir.

İlginç Bilgiler

Elmas ve grafit, sırasıyla bilinen en sert doğal malzemeler arasındadır. İkisi arasındaki tek fark kristal yapılarıdır.

Karbonun en parlak versiyonu olan elmas; yer kabuğunun derinliklerinde, büyük basınç altında oluşur. Royal Collection Trust'a göre, şimdiye kadar bulunan en büyük elmas, 1905'te keşfedilen Cullinan elmasıydı. Kesilmemiş elmas 3.106.75 karattır.^[12] Taştan kesilen en büyük mücevher olan 530,2 karat, Birleşik Krallık' ın Kraliyet Mücevherlerinden biridir ve Afrika'nın Büyük Yıldızı olarak bilinir.

Karbon siyahı muhtemelen dövme için kullanılan ilk pigmentlerden biridir. Alplerde donmuş bulunan 5300 yaşındaki bir ceset olan Buz Adam Ötzi'nin hayatı boyunca ve hatta ölümünden 5200 yıl sonra vücudunda karbon dövmelerinin izleri olduğu tespit edilmiştir.^[13]