Examkin

Soru

Zorluk: Çok zorKarbonun Allotropları ve Özellikleri

Karbon atomu, 2. periyot 14. grup (4A) elementi olup temel halde 1s22s22p21s^2 2s^2 2p^2 elektron dizilimine sahiptir. Karbon, bağ yaparken uyarılıp hibritleşerek farklı geometrik düzenlerde bağlar oluşturur. Bu durum karbonun elmas, grafit, grafen, fullerene ve karbon nanotüp gibi farklı allotroplarının oluşmasını sağlar. Allotropların fiziksel ve kimyasal özellikleri, içerdikleri kovalent bağların karakterine, karbon atomlarının hibritleşme türüne ve geometrik dizilimlerine bağlı olarak değişir.

Buna göre, karbon elementinin allotropları ve özellikleri ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

  1. A
    Karbonun en kararlı allotropu olan elmasın standart oluşum entalpisi sıfır kabul edilir.
  2. B
    Grafit tabakalarındaki karbon atomları sp2sp^2 hibritleşmesi yaparken pi bağlarını oluşturan p orbitallerinin yönelimlerini de hibritleşmeye dahil ettiklerinden bağ açıları 109,5∘109,5^\circ olur.
  3. C
    Yapay allotroplardan olan fullerende karbon atomları beşgen veya altıgen halkalar oluşturduğundan VSEPR gösterimleri AX3EAX_3E şeklindedir ve bu nedenle fullerendeki karbonlar ortaklanmamış elektron çifti barınd��rır.
  4. D
    Grafen ve karbon nanotüpler yapay allotroplar olup, elektronların kovalent bağlarda lokalize olması nedeniyle elektrik akımını ve ısıyı iletmezler.
  5. Grafen, karbon atomlarının iki boyutlu bal peteği örgüsünde dizilmesiyle oluşan tek bir atom kalınlığındaki tabakadır; grafit ise bu tabakaların zayıf etkileşimlerle üst üste istiflenmesiyle oluşan üç boyutlu yapıdır.Cevap

Cevap

Grafenin karbon atomlarının iki boyutlu bal peteği örgüsünde dizilmesiyle oluşan tek katmanlı yapı olduğunu, grafitin ise bu tabakaların zayıf etkileşimlerle üst üste istiflenmesiyle oluşan üç boyutlu yapı olduğunu belirten ifade doğrudur.
Grafen, karbon atomlarının sp2sp^2 hibritleşmesiyle oluşturduğu iki boyutlu ve tek atom kalınlığındaki bal peteği yapısıdır. Grafit ise bu grafen tabakalarının birbirine zayıf etkileşimlerle (van der Waals kuvvetleriyle) bağlanarak üst üste yığılması sonucu oluşan üç boyutlu katmanlı yapıdır. Bu nedenle grafen ve grafit arasındaki yapısal ilişkiyi açıklayan ifade doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Allotropların kararlılık durumunu incelemek.
Standart şartlarda karbonun en kararlı allotropunun grafit olduğu belirlenir. Bu nedenle elmasın standart oluşum entalpisi sıfır olamaz, grafitin sıfırdır.
Karbon allotroplarının termodinamik kararlılıklarını karşılaştırmak.
2
Grafitteki kovalent bağları ve hibritleşmeyi analiz etmek.
Grafitte karbon atomları sp2sp^2 hibritleşmesi yapar. Hibritleşmeye katılmayan p orbitalleri π\pi bağlarını oluşturur. π\pi bağları hibritleşme doğrultusu sayılmadığından geometri düzlemsel üçgendir ve bağ açısı 120∘120^\circ'dir.
Grafitteki karbon atomlarının bağ yapısını ve bağ açısını belirlemek.
3
Fulleren allotropunun Lewis ve VSEPR yapısını değerlendirmek.
Fullerenlerdeki karbon atomları 4 bağ yapar ve ortaklanmamış elektron çifti içermez. Merkez karbon atomunun VSEPR gösterimi AX3EAX_3E değil AX3AX_3 şeklindedir.
Fullerenin moleküler yapısını ve VSEPR geometrisini doğrulamak.
4
Yapay allotropların iletkenlik özelliklerini incelemek.
Grafen ve karbon nanotüpler yapay allotroplar olmalarına rağmen yapılarındaki serbest hareket edebilen delokalize π\pi elektronları sayesinde elektriği mükemmel iletirler.
Grafen ve nanotüplerin elektriksel özelliklerini tespit etmek.
5
Grafen ve grafit arasındaki fiziksel ilişkiyi doğrulamak.
Grafen, grafitin tek bir tabakasıdır (iki boyutlu bal peteği örgüsü). Grafit ise bu grafen tabakalarının van der Waals bağlarıyla üst üste gelmesiyle oluşmuş üç boyutlu yapıdır. Dolayısıyla bu ifade doğrudur.
Doğru seçeneğe karar vermek.

Anahtar Kavram

Karbon allotroplarının (elmas, grafit, grafen, fullerene, nanotüp) yapısal ve fiziksel özelliklerinin (hibritleşme, elektriksel iletkenlik, standart oluşum entalpisi) karşılaştırılması
Bu soruyu puanla

Konular

Karbonun Allotropları ve Özellikleri

Bu konudan daha fazla soru