- కార్బన్‌ ఒక అలోహం. ఇది ఆధునిక ఆవర్తన పట్టికలో IV-A గ్రూప్‌కు చెందిన మూలకం.
- బాహ్యకర్పరంలో 4 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
- కార్బన్‌ పరమాణువుల సంఖ్య- 6
- చారిత్రక పూర్వయుగంలోనే దీనిని కనుగొన్నారు. మన పూర్వీకులు జీవ పదార్థాన్ని దహనం చెందించి ‘చార్‌కోల్‌’ను తయారు చేసేవారు.
- కార్బన్‌ ఎల్రక్టాన్‌ విన్యాసం 1S2, 2S2, 2P2
- భూమి పొరల్లో కార్బన్‌ 0.3% వివిధ రూపాల్లో లభిస్తుంది.
- ఉత్తేజ స్థాయిలో కార్బన్‌ ఎలక్ట్రాన్‌ విన్యాసం 1S2, 2S2, 2Px1 2Py1 2Pz1
- కార్బన్‌కు చెందిన నాలుగు ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉన్న ఆర్బిటాళ్లు శక్తితత్వ సమానమని సంకరీకరణం ద్వారా చూపవచ్చు.
సంకరీకరణం
- సంకరీకరణం అనే భావనను మొదట ప్రవేశ పెట్టింది- లైనన్‌ ఫాలింగ్‌ (1931)
- ఒక పరమాణువులో దాదాపు సమానశక్తి గల ఆర్బిటాళ్లు పునరేఖీకరణ చెందడం ద్వారా అదే సంఖ్యలో శక్తి, ఆకృతి వంటి ధర్మాల్లో సారూప్యత కలిగిన నూతన ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడటాన్ని సంకరీకరణం అంటారు.
- కార్బన్‌ సంకర SP3, SP2, SP ఆర్బిటాళ్లను ఏర్పరుస్తుంది.
- SP3 సంకరీకరణం- మీథేన్‌ (CH4)
- SP2 సంకరీకరణం- ఇథిలిన్‌ (C2H4)
- SP సంకరీకరణం- ఎసిటలిన్‌ (C2H2)
కార్బన్‌ రూపాంతరాలు
- ఏదైనా ఒక మూలకం రెండు కంటే ఎక్కువ రూపాల్లో లభిస్తూ రసాయన ధర్మాలు దాదాపు సారూప్యత కలిగి ఉండి భౌతిక ధర్మాల్లో విభేదించే ధర్మాన్ని రూపాంతరత (Allotropy) అంటారు.
- ఆ మూలకం విభిన్న రూపాలను రూపాంతరాలు అంటారు.
- ఇవి వాటి పరమాణువుల అమరికల్లో తేడా వల్ల ఏర్పడుతాయి.
కార్బన్‌ రూపాంతరాలు రెండు రకాలు
- స్పటిక రూపాంతరాలు (Crystalline)
- అస్పటిక రూపాంతరాలు (Amorphous Forms)
- అస్పటిక రూపాంతరాలు: బొగ్గు, కోక్‌, కలప, చార్‌కోల్‌, జంతు చార్‌కోల్‌, నల్లని మణి వాయురూప కార్బన్‌, పెట్రోలియం కోల్‌, చక్కెర చార్‌కోల్‌ మొదలైనవి అస్పటిక రూపాంతరాలు
- స్పటిక రూపాంతరాలు
- కార్బన్‌లో 4 రకాలైన స్పటిక రూపాంతరాలున్నాయి.
- 1. వజ్రం 2. గ్రాఫైట్‌ 3. బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ 4. నానో నాళాలు
వజ్రం
- ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు ఉత్తేజస్థితిలో SP3 సంకరీకరణం చెందుతుంది.
- ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు చతుర్ముఖీయ ఆకృతిని కలిగి ఉంటుంది.
- C – C బంధాలు చాలా బలమైనవి. ఏక సంయోజనీయ బంధం కలిగి ఉంటుంది.
- వజ్రం సాంద్రత 4.51 గ్రా/సెం.మీ.
- వజ్రం వక్రీభవన గుణకం విలువ 2.41
- వజ్రం అధమ ఉష్ణ,
- అధమ విద్యుత్‌ వాహకం
- C – C బంధ దూరం 1.54 Ao, బంధ కోణం 109o 28
- ఇప్పటి వరకు తెలిసిన అన్ని పదార్థాల్లో గట్టి పదార్థం వజ్రం
గ్రాఫైట్‌
- ఇది ద్విమితీయ (2D) నిర్మాణం గల పొరలను కలిగి ఉంటుంది.
- ఈ పొరల మధ్య C H బంధాలు సాపేక్షంగా బలహీనంగా ఉంటాయి.
- గ్రాఫైట్‌ SP2 సరళీకరణాల గల కార్బన్‌ పరమాణువులతో ఉంటుంది.
- గ్రాఫైట్‌ పొరల మధ్య దూరం 3.35 Ao
- నల్లటి, మెత్తటి స్ఫటిక ఘన పదార్థం. దీనిని కందెనలు, పెన్సిల్‌ లెడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు.
- ఇది ఉత్తమ విద్యుత్‌ వాహకం, దీని సాంద్రత 2.25 గ్రా/సెం.మీ
- గ్రాఫైట్‌ మంచి విద్యుత్‌ వాహకంగా పనిచేయడానికి గల కారణం విస్తాపనం చెంది ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌ వ్యవస్థ.
- C -C బంధ దూరం 1-42Ao బంధకోణం 120o
బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ C60
- దీనిని 1985లో క్రోట్‌, స్మాలీ అనే శాస్త్రవేత్తల బృందం కనుగొన్నది.
- 1996లో రసాయన శాస్త్ర విభాగంలో నోబెల్‌ బహుమతి లభించింది.
- జడవాయు వాతావరణంలో భాష్ప కార్బన్‌ ఘనీభవించడం వల్ల పుల్లరిన్‌లు ఏర్పడతాయి.
- గోళాకారంలో ఉన్న పుల్లరిన్‌లను బక్కి బాల్స్‌ అని కూడా అంటారు.
- బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ గోళాకారంలో ఉండి సాకర్‌బాల్‌ (ఫుట్‌బాల్‌) ఆకారంలో అమరిన C60 అణువులను కలిగి ఉంటుంది.
- C60 అణువు ఉపరితలంపై 12 పంచముఖ ఆకృతి, 20 షట్ముఖ ఆకృతి వలయాలు ఉంటాయి.
- ప్రతికర్బన SP2 పరమాణువు సంకర ఆర్బిటాళ్లను కలిగి ఉంటాయి.
- విశిష్ట నిరోధక ఔషదం (Specific anti biotic) మెలనోమా వంటి క్యాన్సర్‌ కణాలను నిర్మూలించే ఔషదాల తయారీలో C60 ఉపయోగిస్తారు.
నానో నాళాలు
- 1991లో సుమియో లీజిమ నానో నాళాలను కనుగొన్నారు.
- సంయోజనీయ బంధాల్లో పాల్గొనే కర్బన్‌ పరమాణువుల షట్ముఖ అమరికల వల్ల నానో ట్యూబులు ఏర్పడుతాయి.
- ఇవి గ్రాఫైట్‌ పొరలను పోలి ఉంటాయి.
- ఇవి విద్యుత్‌ వాహకాలు కాబట్టి అణుతీగలుగా, సమీకృత వలయాల్లో రాగికి బదులుగా వాడుతారు.
- శాస్త్రవేత్తలు అతి చిన్న కణంలోకి జీవాణువులను పంపించడానికి వీటిని ఉపయోగిస్తారు.
- 1 mm మందం గల గ్రాఫైట్‌ 3 మిలియన్‌ పొరల గ్రాఫిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది.
- గ్రాఫిన్‌ రాగి కంటే మంచి విద్యుత్‌ వాహకం స్టీలు కంటే 200 రెట్లు బలమైనది. కానీ 6 రెట్లు తేలికైనది.
- కాంతి దృష్ట్యా సంపూర్ణ పారదర్శక పదార్థం.
కార్బన్‌ స్వభావం (Vessatile Nature of Carbon)
- జేజే బెర్జిలియస్‌ సజీవుల్లో తయారయ్యేవాటిని కర్బన సమ్మేళనాలను నిర్జీవుల్లో తయారయ్యే వాటిని అకర్బన సమ్మేళనాలు అని పిలిచాడు.
- l 1829 ఫ్రెడరిక్‌ వోలర్‌ ప్రయోగశాలలో అమ్మోనియం సయనేట్‌ను వేడిచేస్తూ ‘యూరియా’ కనుగొన్నారు.
- మొట్టమొదటగా తయారు చేసిన కృత్రిమ కార్బన్‌ సమ్మేళనం ‘యూరియా’
- వోలర్‌ ఆవిష్కరణ ప్రాణాధార శక్తి సిద్ధాంతం తప్పని నిరూపించింది.
- జీవులు జీవించడానికి తోడ్పడే కార్బోహైడ్రేట్లు, ప్రొటీన్లు, న్యూక్లిక్‌ ఆమ్లాలు, కొవ్వులు, హార్మోన్లు, విటమిన్లు, కార్బన్‌ను కలిగి ఉంటాయి.
కార్బన్‌కు ఉన్న అసమాన ధర్మాలు
- శృంఖల సామర్థ్యం (కాటినేషన్‌)
- సాదృశ్యత
- బహుబంధాలను ఏర్పర్చడం
- శృంఖల సామర్థ్యం
- కార్బన్‌ ఇతర పరమాణువులతో కలిసి పొడవైన గొలుసుల వంటి నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఏదైనా మూలకం దానికి చెందిన పరమాణువుల మధ్య బంధాలను ఏర్పర్చుకోవడం ద్వారా అతి పెద్దవైన
- అణువులను ఏర్పర్చగల ధర్మాన్ని శృంఖల ధర్మం అని అంటారు.
- కార్బన్‌కు కాటనేషన్‌ సామర్థ్యం చాలా ఎక్కువ.
సాదృశ్యత
- ఒక అణుఫార్ములా కలిగి వివిధ నిర్మాణాత్మక ఫార్ములాగల సాదృశ్యాలను సాదృశ్యత అంటారు.
- ఒక అణుఫార్ములాలో రెండు లేదా ఎక్కువ పదార్థాలు ఉంటాయి.
- హైడ్రోకార్బన్‌లు