Karbon Kimyasına Giriş

Bu konuda ne öğreneceksin

Canlı vücudunun, plastiklerin, ilaçların, yakıtların ve gıdaların ortak yapı taşı nedir? Karbon. Bilinen bileşiklerin büyük çoğunluğu karbon içerir. Bunun nedeni karbonun dört bağ yapabilmesi, kendi atomlarıyla zincir, dal ve halka oluşturabilmesidir. Bu konuda organik ve anorganik bileşik ayrımını, karbonun hibritleşmesini (sp³, sp², sp), sigma ve pi bağlarını, molekül geometrisini, formül türlerini ve izomeri kavramını öğreneceksin. Sonraki konu olan Organik Bileşikler'in temelini burada atıyorsun.

1. Organik ve anorganik bileşikler

Organik bileşikler karbon ve genellikle hidrojen içeren bileşiklerdir. Çoğunda $\text{C-H}$ bağı bulunur, bağlar kovalenttir, çoğu yanıcıdır ve suda iyi çözünmez. Anorganik bileşikler ise genellikle karbon içermeyenlerdir. Ancak şu karbonlu bileşikler anorganik sayılır: $\text{CO}$, $\text{CO}_2$, karbonatlar ($\text{CaCO}_3$), bikarbonatlar, siyanürler ($\text{KCN}$) ve karbürler.

Organik bileşikler doğal (petrol, şeker, protein) ya da sentetik (plastik, ilaç, boya) olabilir. Doğal organik bileşiklerin laboratuvarda sentezlenmesi 1828'de Wöhler'in üreyi sentezlemesiyle başladı.

2. Karbonun bağ yapısı

Karbon ($Z=6$) son kabukta $4$ elektrona sahiptir ve $4$ bağ yapar. Hem elektron almaz hem vermez, bağları paylaşarak yapar.

Karbonu ayıran özellikler:

• Kendi atomlarıyla uzun zincir, dal ve halka oluşturur.
• Tekli, ikili ve üçlü bağ yapar.
• $\text{H}$, $\text{O}$, $\text{N}$, halojenlerle kararlı bağ yapar.

3. Hibritleşme

Karbon, bağ yaparken orbitallerini karıştırır, buna hibritleşme denir. Hibrit orbital sayısı = sigma bağı sayısı + ortaklanmamış elektron çifti sayısı.

Sigma ($\sigma$) bağı: Orbitallerin uç uca örtüşmesiyle oluşur, güçlüdür, dönmeye izin verir. Pi ($\pi$) bağı: Yan yana örtüşmeyle oluşur, daha zayıftır ve çift/üçlü bağlarda vardır. Pi bağı olan bileşikler daha tepkimeye yatkındır (katılma tepkimeleri).

Örnek: $\text{CH}_2=\text{CH}_2$ (eten) molekülünde $4$ tane $\text{C-H}$ ve $1$ tane $\text{C=C}$'nin sigma kısmı olmak üzere $5$ sigma, $\text{C=C}$'nin pi kısmı olmak üzere $1$ pi bağı vardır. Karbonlar $sp^2$ hibritleşmesi yapar.

4. Formül türleri

• Basit (kaba) formül: Atomların en sade tam sayı oranı. Glikoz için $\text{CH}_2\text{O}$.
• Molekül formülü: Molekülde gerçek atom sayısı. Glikoz için $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$. $n=\dfrac{M}{\text{basit formül kütlesi}}$.
• Yapı (açık) formülü: Atomların bağlanma düzeni.
• Düzenlenmiş (yarı yapısal) formül: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ gibi.

Örnek: Basit formülü $\text{CH}_2\text{O}$ ($30\ \text{g/mol}$), mol kütlesi $180\ \text{g/mol}$ olan bileşikte $n=\dfrac{180}{30}=6$, molekül formülü $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.

5. İzomeri

Molekül formülleri aynı, yapıları (ve özellikleri) farklı bileşiklere izomer denir.

• Yapı izomerisi: Atomların bağlanma sırası farklıdır. $\text{C}_4\text{H}_{10}$: bütan ve izobütan (2-metilpropan). $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$: etanol ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) ve dimetil eter ($\text{CH}_3\text{OCH}_3$).
• İzomerlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır.
• Karbon sayısı arttıkça izomer sayısı hızla artar: $\text{C}_4\text{H}_{10}$: $2$, $\text{C}_5\text{H}_{12}$: $3$, $\text{C}_6\text{H}_{14}$: $5$.

6. Sık yapılan hatalar

• $\text{CO}_2$ ve $\text{CaCO}_3$ gibi karbonlu bileşikleri organik saymak.
• Hibritleşmeyi bağ sayısıyla değil atom sayısıyla bulmaya çalışmak.
• Çift bağda iki sigma olduğunu düşünmek. Çift bağda $1$ sigma ve $1$ pi vardır.
• Molekül formülü ve basit formülü karıştırmak.
• Homolog bileşikleri ($\text{CH}_4$ ve $\text{C}_2\text{H}_6$) izomer sanmak. Formülleri farklıdır.

7. Konuyu toparla

Mini test

Kendini dene

Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.