Doç. Dr. İbrahim Özbek'in yazısı
Dünyanın sahip olduğu bütün fizikî ve kimyevî şartlar, canlı hayatını sürdürecek şekilde yaratılmıştır. Yerküremizin kâinat içerisindeki konumu; ısı, ışık, su ve hava gibi unsurlar, canlıların ihtiyaç duyduğu özelliklere sahiptir. Makro âlemdeki bu mükemmeliyet, mikroskoplarla görülebilen element ve moleküller âleminde de geçerlidir. Yerkabuğunun yaklaşık % 0,2'sini meydana getiren karbon atomu, elementler arasında çok özel bir yere sahiptir. Bütün canlı maddeler karbon esaslı bileşiklerden, moleküllerden meydana gelir. Bileşiklerin % 94'ü -yani 4 milyondan fazlası- karbon atomu ihtiva eder. Belirli karbon bileşikleri, canlılardaki maddenin yaklaşık % 18'ini oluşturur. Geri kalanı çoğunlukla sudur. Bu bileşikler, hücre yapımında yapıtaşları olarak kullanılır.
Hayatın dayandığı temel fonksiyonları yerine getirmek için yeterli çeşitlilikte ve karmaşıklıkta düzenlemeler oluşturarak başka elementlerle birleşme özelliği, yalnızca karbonda vardır. Karbon atomları, zincir halkalarını birbirlerine bağlayarak zincir oluşturdukları gibi, birbirleriyle kimyevî bağ yaparak çok kolay zincir oluşturur. Diğer elementlerin, hiçbirinin böyle bir özelliği yoktur. Düz bir çizgi şeklinde olan bu zincirler, dallanabilir ve halka oluşturmak üzere kapanabilir. Halkalar üç, dört, beş, altı ve daha fazla karbon atomundan oluşan çokgenlerdir. Bu sayededir ki karbon; yediğimiz gerek hayvanî gerekse nebatî gıdalardan, giydiğimiz elbiseler ve ayakkabılara, enerji sektöründe kullandığımız fosil yakıtlardan mutfak ve mobilya malzemelerine, asfalttan deodorant ve klimalarda kullanılan itici gazlara, ilâçlardan kimyevî maddelere varıncaya kadar pek çok şeyin temelinde olan bir elementtir.
Karbonlu bileşikler oluşabilmesi için gerekli sıcaklık aralığı –20 ile 120 °C'dir. Karbon bileşikleri –20 °C'de donmaya, 120 °C'de parçalanmaya başlar. Olağanüstü sıcaklık ve dondurucu soğuklar barındıran uzayda, karbonun bileşikler oluşturmasını sağlayacak tek sıcaklık aralığı Dünya'da mevcuttur ve bu son derece hassas bir sıcaklık aralığıdır. Bir kıyas yapmak gerekirse, Güneş Sistemi'nde Dünya'dan bir önceki gezegen olan Venüs'te sıcaklık yaklaşık 450 °C, Dünya'dan bir sonraki gezegen olan Mars'ta ise –53 °C'dir. Bu sıcaklıklarda karbon elementinden canlı bileşikler meydana gelmesi imkânsızdır. Dünya, karbonlu bileşiklerin meydana gelmesi için gerekli olan şartlara sahip tek gezegendir. Karbonun, bütün canlı hayatı için hususi olarak yaratıldığı açıktır. Bir tek karbon atomundan her şeyi yapmak, Her Şeyin Sahibi'ne has bir durumdur.
Karbon atomunun kristal yapıları
Maddeyi meydana getiren atomların üç boyutlu uzayda belirli bir geometrik şekil kazanmak üzere tekrarlı bir tarzdaki yerleşim düzenine, kristal yapı denir. Aynı maddenin farklı kristal yapıların adı ise "allotrop"tur. Karbonun tabiatta rastlanabilen üç farklı allotropu vardır. Bunlar amorf karbon (kömür), grafit ve elmastır. Bunların hâricinde sun'î olarak üretilen diğer bir allotropu ise fullerendir.
Amorf karbon (kömür)
Amorf yapı, belirli bir kristal yapısı olmayan yani atomların serbest dağılımda yerleştiği yapılara denir. Amorf yapıdaki karbon atomlarına kömür denir. Bitkiler öldükten sonra mikroorganizmaların faaliyetleriyle değişime uğrar. Eğer ölü bitkiler uygun bataklık ortamlarda birikip, çökelir ve jeolojik hâdiselerle yer altına gömülürlerse, bu değişme neticesi bünyelerindeki C (karbon) miktarı artar ve kömürleşme başlar. Kömürler, içindeki karbon nispetine göre çeşitli sınıflara ayrılır. C miktarı % 60 ise turba, % 70 ise linyit, % 80–90 ise taş kömürü, % 94 ise antrasit adını alır. Jeolojik olarak bu süreç, 345 milyon yıl ile 15 milyon yıl arasında değişmektedir. Kömür, en yaygın enerji kaynaklarından biridir.
Grafit
Grafitte karbon atomları altıgen (hegzagonal) kristal yapı meydana getirecek şekilde dizilmiştir. Bal peteği yüzey düzlemine benzeyen bu yapıların (levhaların) üst üste dizilmeleri neticesinde grafit meydana gelir. Bu levhalar birbirlerine kuvvetli bağlarla bağlı olmadıklarından bir güç uygulandığında birbirleri üzerinde kolayca kayar. Grafitin makine sanayinde yağlayıcı olarak yaygın bir şekilde kullanımı bu yüzdendir. Kurşun kalemlerin içindeki uç da, içine kil katılarak biraz sertleştirilmiş grafittir. Grafit çok yüksek sıcaklıklara dayanabilir; bu sebeple demir-çelik sanayinde, her türlü izabe (metal ergitme) işlemlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca çok iyi bir elektrik iletkenidir. Bu sebeple, çamaşır makinesi ve elektrikli süpürge gibi ev âletlerindeki elektrik motorlarının fırçaları grafitten yapılır. Son dönemlerde, uzay kapsüllerinin ısı kalkanlarının yapımında da grafitten faydalanılmaktadır.
Elmas
Elmas, bilinen en sert tabiî maddedir. Renksiz ve saydam olmasına rağmen, başka minerallerle saflığı bozulduğu zaman, sarı, kahverengi gibi pastel renklerden mat siyaha kadar uzanan çeşitli renklerde bulunabilir. Elmas, mükemmel bir elektrik izolatörüdür ve ısı iletkenliği en yüksek maddedir. Bu özelliğinden dolayı zarar görmeden kesilebilir. Elmasta karbon atomları kübik kristal yapı meydana getirecek şekilde dizilmiştir. Karbon-karbon bağının olağanüstü dayanıklılığı ve ortaklaşa bağlarla kenetlenmiş yapısı, elmasın sert ve çevresi ile reaksiyona girmeme özelliğini sağlayan faktörlerdir. Ancak, havada 850 °C sıcaklıkta yanma gösterir. Elmasın içinde elmasın değerini düşüren yabancı atomlar da olabilir. Kaliteli tabiî elmasta 100.000 atom başına ancak 1 tane yabancı atom bulunur. Elmas, ziynet eşyalarından başka kesici, aşındırıcı ve delici maksatlarla; matkap ucu, cam kesici, sondaj delici kafası, torna tezgâhı kesici uçları, pikap iğneleri gibi pek çok endüstriyel âletlerde kullanılmaktadır. Elmas üretiminin % 75–80 kadarı bu sanayide kullanılmaktadır.
Karbondan kömür, grafit veya elmasın meydana gelmesi
Karbon esaslı organik bileşikler, milyonlarca yıl evvel yerkabuğunun hareketleri neticesinde yer altında kaldılar. Sıcaklık ve basıncın tesiri ile yer altındaki bu organik kütlelerde fizikî ve kimyevî değişmeler meydana gelir. Sıcaklık, basınç ve zamana bağlı olarak bu kütlelerden; sırasıyla, önceleri (turbadan-antrasit safhasına kadar) su ve su buharı, karbondioksit (CO2), oksijen (O2) ve en ileri basamaklarda hidrojen (H2) uzaklaşır. Önceleri turba olarak adlandırılan ama kömür sayılmayan bu organik madde; önce linyit, daha sonra alt bitümlü kömür, sonra taşkömürü, antrasit ve en sonunda şartlar uygun olursa grafite dönüşür.
Karbon atomlarının, kömürden elmasa giden yolda ilk durağı kömürdür. Daha düşük sıcaklık, basınç ve daha kısa süre kömür teşekkülü için yeterli iken grafitin oluşabilmesi için çok daha yüksek sıcaklık ve basınç ile daha uzun süre gerekmektedir. Elmasın, yerkabuğunun 150–200 kilometre kadar altındaki manto katmanında yaratıldığı tespit edilmiştir. Bu değerli maden daha sonra, volkanik kayalarla (kimberlit ve lamproit) yukarı taşınır. Bu kaya dünyanın yüzeyinde, baca veya koni şeklinde yığınlar hâlinde bulunur. Tabiî bir elmasın teşekkülü için yaklaşık olarak 2.400 derecelik sıcaklıkta 50.000 atmosferlik bir basınç olması ve 3 milyar yıl gibi uzun bir süre geçmesi gerekmektedir. Bu basınç dev Eyfel Kulesi'nin 12 cm² bir alana uyguladığı basınca denk düşmektedir. Bu muazzam basınç ve süre olmaksızın karbonun oluşturduğu madde grafitten başka bir şey olamaz.
Karbon atomlarının basınç ve sıcaklığın tesiriyle hangi şartlarda hangi yapısının kararlı olduğunu belirten elmas-grafit denge eğrisi incelendiğinde, düşük basınçlarda grafitin, yüksek basınçlarda ise elmasın daha kararlı hâlde olduğu, yani karbonun deney şartlarına göre elmas veya grafit hâlinde bulunabileceği görülmektedir. Grafitin elmasa dönüştürülmesi mümkündür; ancak termodinamik hesaplamalara göre en az 10.000 atmosfer basınç gerekmektedir. İlk defa 1955 yılında 100.000 atmosfer basınç altında 2.500 °C sıcaklıkta ve krom katalizör kullanılarak sun'î elmas elde edilmiştir. Ancak parçalar genellikle küçük ve siyah renkli olmuş, çoğunlukla mücevher vasfı kazanmamıştır. 1962'de yapılan bir çalışmada ise 200.000 atmosfer basınç ve 5000 °C sıcaklıkta katalizörsüz olarak grafit elmasa dönüştürülmüştür.
Karbon ve insan benzerligi
Karbon atomunun kristal yapısına göre özellikleri, kullanım sahaları ve kıymeti değiştiği gibi, insanların da hayatı algılama tarzları ve bu hayatı yaşarken içinde yer aldıkları cemaate ve o cemaat içindeki yerlerine bağlı olarak kıymeti değişir. Karbonun elmas gibi bütün insanların gıpta ile baktığı değerler üstü bir kıymet kazanabilmesi için ağır şartlardan geçmesi gerekmektedir. Eğer karbon atomları "Ben bu kadar ağır şartlara dayanamam. Ama daha düşük sıcaklık, daha düşük basınç ve daha kısa bir süre olursa dayanırım." derse o zaman grafit olmaktadır. Eğer "Grafitin meydana geldiği bu şartlar bile bize çok ağır gelir. Öyle sıkıntılara giremeyiz. Düzene ve nizama uyamayız." derlerse o zaman da kömür olmaktadır. Elmas en emniyetli yerlerde muhafaza edilip, en değerli misafirlerin yanında takınılırken; grafit, endüstriyel bir malzeme olduğundan pek çok yerde kullanılmaktadır. Kömürün varacağı yer ise ancak ateştir. İnsanların durumu da karbon atomları gibidir. Her insan, maddesi itibariyle birbirinin aynısıdır. Ama insanların yer aldıkları saflara, tâbi oldukları düzene göre ötelerde durumları farklı farklı olacaktır. Kimi insanlar, Kudreti Sonsuz'dan gelen her şeyi hoş bilmiş, en ağır imtihanlarda bile sarsılmamış; yerini, mevkiini, safını terk etmemiş ve insanlık âleminin elmasları olmuşlardır. Kimileri de bu elmas ruhlu insanların peşinden gitmiş ve kabiliyet ve gayretleri nispetinde onlardan istifade etmişlerdir. Bu insanların ötelerdeki mükâfatı da, saf bağladıkları bu düzene göre olacaktır. Bir de herhangi bir düzen tanımayan, hayatlarını kendi keyiflerince nefislerinin esiri olarak geçiren insanlar vardır ki, bunların da varıp yaslanacakları yer, tıpkı kömür gibi, ateş olacaktır.
Kaynaklar
- H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O'Brien, R. F. Curl ve R. E. Smalley (1985). "C60: Buckminsterfullerene". Nature 318. DOI:10.1038/318162a0
- L. Vlasov, D. Trifonov, 107 Kimya Öyküsü, çev. Nihal Sarıer, TÜBİTAK Yy., Ankara, 2005.
- Bilim ve Teknik, sayı 222.
Sızıntı Dergisi, Mayıs 2011 sayısı