Yaşam kimyasının temeli olan karbon hakkında on gerçek

Karbon, tüm organik bileşiklerin ana bileşeni olduğu için yaşam için gerekli bir elementtir. Elemental formda olabilir, karbon veya elmas oluşturabilir ve bitkiler tarafından güneş enerjisinin yakalanması ve yanma yoluyla enerjinin serbest bırakılması süreçlerinde temel bir molekül olan karbondioksit (CO ₂ ) gibi inorganik bileşikler oluşturabilir . Aktif karbon, karbon lifleri, nanotüpler ve grafen, temel bir bileşen olarak karbon atomuna sahip olan bileşiklerden ve malzemelerden bazılarıdır.

Karbon atomunun çekirdeğinde 6 proton ve çevresinde 6 elektron bulunduğundan atom numarası 6’dır. Doğada en bol bulunan izotop, çekirdeğinde 6 nötron da bulunan izotoptur, 12C ve 1961’den beri bu izotop kullanılmaktadır. ¹² C kütlesinin on ikinci kısmını birim olarak alarak tüm elementlerin atomik kütlesini ölçmek için. Doğadaki karbon atomlarının %98,89’u ¹² C’dir, ancak çekirdeğinde daha fazla nötron bulunan izotop da vardır, %1,1 ile doğal bileşimi tamamlayan ^{13 C.} Bir diğer önemli karbon izotopu , 5730 yıllık bir yarı ömürle bozunan radyoaktif bir izotop olan ^{14C’dir .} 14 ^.C, nitrojenin kozmik ışınlarla etkileşiminin bir sonucu olarak atmosferde üretilir ve üretiminden organik süreçlere ve ürünlere entegre edilir, böylece karbon içeren doku ve malzemelerin tarihlenmesini sağlayan doğal bir saate dönüşür. 1000 ila 50000 yıl arasında değişen bir aralık.

İşte karbon hakkında on gerçek.

• Karbon, kendisiyle birleşebilen ve tahmini sayısı on milyondan fazla olan çok çeşitli kimyasal bileşikler oluşturabilen metalik olmayan bir elementtir.

• Tüm elementler gibi, karbon da yıldızlarda nükleer füzyon reaksiyonlarıyla üretildi. Yıldızlar, gelişimlerinin ilk aşamalarında, Güneş’te olduğu gibi, hidrojen atomlarının füzyon reaksiyonları sonucu helyum üreterek enerji üretirler.Hidrojenin çoğu helyuma dönüştürüldüğünde, reaksiyonda üretilen enerji yerçekimini dengeleyemez. kuvvet ve yıldız, dış sektörü genişlerken çekirdeğinde sıkışır. İşlem sona erdiğinde, çekirdeğin sıcaklığı 100 milyon Kelvin mertebesine ulaşır ve üç helyum çekirdeğinin bir karbon atomu ürettiği üçlü alfa adı verilen bir reaksiyon gerçekleşir. Sonraki süreçler başka elementler üretebilir veya üretilen elementleri dağıtabilir,

• Karbon, evrende hidrojen, helyum ve oksijenden sonra en çok bulunan dördüncü elementtir ve Yerkabuğunda en bol bulunan on beşinci elementtir.

• Elementel karbon, var olan en sert ve en pahalı malzemelerden biri olan elmas şeklini alabilir veya yumuşak ve ucuz bir grafit olan grafiti oluşturabilir. Elmas ve grafit, karbonun iki allotropudur, ancak elmasta atomlar, aşırı basınç ve sıcaklık koşulları altında oluşan bir kübik kristal yapıda düzenlenirken, grafitte kovalent bağlar, üst üste binen düzlemlerde düzenli altıgen kristal yapılar oluşturur.

• Elmas, vakumda veya oksijensiz bir atmosferde 1.700 santigrat derecede grafite dönüşür. Havada dönüşüm 700 santigrat derece civarında başlar. Grafitin erime noktası 3600 santigrat derecedir.

• Karbon allotropları çeşitli kullanımlara sahiptir. Elmas, aşırı sertliği nedeniyle endüstriyel uygulamaları da olan değerli bir taştır. Grafit, kurşun kalemlerin başında bir macunla karıştırılarak kullanılır. Katı yağlayıcı ve oksidasyona karşı koruyucu eleman olarak da kullanılır. Grafit, refrakter tuğlaların ve potaların bir bileşeni olabilir. Pistonlar, silindir contaları, rondelalar veya yataklar gibi çeşitli mühendislik parçaları grafit ile üretilir. İyi elektrik iletkenliği ve kimyasal saldırıya karşı direnci nedeniyle, elektrot yapımında ve karbonlar ve elektrikli motor fırçaları gibi diğer elektrikli uygulamalarda kullanılır. Nötron ılımlılık kapasitesi ve düşük nötron absorpsiyonu nedeniyle,

• Karbon, karbon kimyası olarak da adlandırılan organik kimyanın temel elementidir. Tüm organik moleküller karbon içerir. En basitleri birbirleriyle farklı bağlar oluşturur ve yalnızca hidrojen atomlarıyla birleşirken, en karmaşıkları oksijen, nitrojen, fosfor veya kükürt atomlarını içerir ve RNA (ribonükleik asit) moleküllerinde ve DNA’da (deoksiribonükleik asit) en yüksek karmaşıklık seviyelerine ulaşır. Çok sayıda organik bileşik, karbon atomunun değerlik kabuğunda dört elektrona sahip olmasından kaynaklanır, bu nedenle sekizli kuralına göre kararlı bir durum oluşturmak için başka bir dörde ihtiyaç duyar. Bu şekilde, diğer elementlerle veya aynı türün diğer atomlarıyla kovalent bağlarla birleştirilebilecek dört bağı vardır.

• Polimerler birçok farklı şekilde günlük hayatımızın bir parçasıdır. Doğal polimerler yani biyopolimerler, yapay polimerlerin büyük bir kısmı gibi karbon bileşikleridir. Biyopolimerler yaşamın temel bileşenleridir. Lipitler, monomerleri olan trigliseritler olan biyopolimerlerdir.Bunlar gliserol ve yağ asitleridir. Ve proteinler, monomerleri amino asitler olan polipeptitlerdir. Diğer bir örnek ise nükleik asitlerdir. Monomerleri azotlu bazlardan oluşan nükleotidler olan DNA ve RNA, bir şeker olan riboz (pentoz adı verilen bir monosakkarit) ve bir fosfat grubu. Karbonhidratlar da biyopolimerlerdir. Selüloz ve nişasta gibi polisakkaritler ve sükroz (ortak şeker) ve laktoz gibi disakkaritler, monomerleri monosakkaritler, basit şekerler olan polimerlerdir ve en yaygın monosakkarit glikozdur. En bol biyopolimer, çoğu bitkinin hücre duvarının bir bileşeni olduğu için Dünya’nın biyokütlesinin çoğunluğunu oluşturan selülozdur. En saf haliyle pamukta bulunur ve günlük olarak kullandığımız kağıt ve diğer birçok ürünün ana bileşenidir. Yapay polimerler arasında en kolay oluşum sürecini içereni, yaygın olarak kullanılan ve yaygın olarak kullanılan bir plastik olan polietilendir. Polietilen monomeri, her bir karbon atomuna bağlı iki hidrojen atomu ile birlikte bir çift bağ ile bağlanmış iki karbon atomuna sahip basit bir organik molekül olan etilendir. Çift bağ kırılırsa, karbon atomlarının her biri, polimeri oluşturacak yapısal birimi oluşturan diğer atomları birleştirmek için uygun bir kovalent bağa sahiptir. Bu yapısal birimin tekrarlanan birleşimi, polietilen olan dallanma olmaksızın uzun bir doğrusal molekül üretir.

• Yapılabilecek en güçlü malzemelerden biri karbon fiberdir. Grafit lifi olarak da adlandırılan karbon lifi, ana elemanı karbon olan bir polimerin çapı 5 ila 10 mikron olan çok ince filamanlardan oluşan sentetik bir lif. Bu ince filamanlardan binlercesinin dokuması ve işlenmesiyle bir karbon elyafı elde edilir. Bu filamanlar yüksek bir gerilme mukavemetine sahiptir, bu nedenle kalınlıkları göz önüne alındığında son derece güçlüdürler. Karbon nanotüp, yapılabilecek en güçlü malzeme olarak kabul edilir ve karbon liflerinin genellikle çeliğe benzer özelliklere sahip olduğu, çok daha hafif olduğu ve ahşap veya plastiğe benzer bir yoğunluğa sahip olduğu kabul edilir. Karbon fiberlerin birden fazla uygulaması vardır. İnşaatta,

• Karbon döngüsü, Dünya’daki yaşam için gerekli olan bir olaylar dizisidir. Karbon döngüsünün süreçleri, atmosferdeki süreçler, karasal biyosferdeki süreçler, okyanuslardaki süreçler, fosil yakıtlar ve tatlı su sistemleri dahil tortulardaki süreçler ve Kara içindeki süreçler olarak gruplandırılır. Atmosferde karbon esas olarak karbondioksit ve metan şeklinde bulunur. Karbondioksit, fotosentez yoluyla atmosferden karasal ve deniz biyosferlerine çıkarılır ve ayrıca karbonik asit oluşturmak için su kütlelerinde çözünür. Karasal biyosferdeki karbon, tüm canlı ve ölü organizmalardan gelen organik karbonun yanı sıra toprakta depolanan karbonu içerir. Karasal biyosferdeki karbonun çoğu organiktir, üçte biri ise kalsiyum karbonat gibi inorganik formlardadır. Karbon, karasal biyosferden yanma ve solunum yoluyla kaçar, ancak nehirler yoluyla deniz sistemlerine de ihraç edilebilir veya inert karbon olarak toprakta tutulabilir. Deniz sistemleri, biyojeokimyasal döngüleriyle ilişkili en büyük miktarda karbon içerir. Karbonun deniz sistemlerine girmesinin ana yolu, daha sonra deniz organizmaları tarafından gerçekleştirilen fotosentez yoluyla organik karbona dönüştürülen atmosferik karbondioksiti çözmektir. veya inert karbon olarak toprakta tutulur. Deniz sistemleri, biyojeokimyasal döngüleriyle ilişkili en büyük miktarda karbon içerir. Karbonun deniz sistemlerine girmesinin ana yolu, daha sonra deniz organizmaları tarafından gerçekleştirilen fotosentez yoluyla organik karbona dönüştürülen atmosferik karbondioksiti çözmektir. veya inert karbon olarak toprakta tutulur. Deniz sistemleri, biyojeokimyasal döngüleriyle ilişkili en büyük miktarda karbon içerir. Karbonun deniz sistemlerine girmesinin ana yolu, daha sonra deniz organizmaları tarafından gerçekleştirilen fotosentez yoluyla organik karbona dönüştürülen atmosferik karbondioksiti çözmektir.

kaynaklar

Anna Deming. Elementlerin kralı mı? Nanoteknoloji No. 21, 2010.

JL Sarmiento, N. Gruber. Okyanus Biyojeokimyasal Dinamiği. Princeton University Press, Princeton, New Jersey, ABD, 2006.

Laura Gasque Silva. Karbon. Birden çok kişiliğe sahip öğe. Nasıl Görüyorsunuz? Dergisi, Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi, 2019.

RJ Young, PA Lovell Polimerlere Giriş. Üçüncü baskı. Boca Raton, LA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011.