Karbono: berrikuspenen arteko aldeak
Ezabatutako edukia Gehitutako edukia
karbono-sarrera |
karbono-alotropo |
||
78. lerroa:
== Ezaugarriak ==
[[Fitxategi:Mekano atomikoa.webm|thumb|ezkerrera|Karbono atomoen kimikak mekano baten itxura dauka. Naturak berak bizirako molekulak sortzen ditu, karbono-atomoak arau batzuen arabera konbinatuta eta beste atomo batzuk gehituta.]]
Karbono atomoen kimikak mekano baten itxura dauka. Naturak berak bizirako molekulak sortzen ditu, karbono-atomoak arau batzuen arabera konbinatuta eta beste atomo batzuk gehituta.
Karbonoaren konfigurazio elektronikoa 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup> da, edo [He]2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>.<ref name=":0" /> Honen ondorioz, atomo neutro bakoitzak 4 balentzia elektroi ditu, funtsezko egoeran elektroi pare bat s orbitalean eta beste pare bat p orbitaleetan daudelarik. Hala ere, beste atomo batzuekin kobalenteki lotu ahal izateko, balentzia-elektroien orbitalek hibridazioak jasan behar dituzte. Hau da, nolabaiteko orbital tartekariak eratzen dira. Hiru mota daude:▼
Karbonoak erraztasun handia ageri du lotura bikoitzak ala hirukoitzak ezartzean, bere taldeko elementuek ez bezala. Erraztasun hau bere tamaina txikiaren baitan dago, π loturak osatzen dituzten albo-gainezarpenak egon daitezen hibridatu gabeko orbitalek urbil egon behar dutelako. Hau dela eta, handiagoak diren talde bereko elementuek, [[silizio]]ak adibidez, zailtasun handiak dituzte π loturak ezartzeko.<ref>S.E. Gould. [http://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/shine-on-you-crazy-diamond-why-humans-are-carbon-based-lifeforms/ Shine on you crazy diamond: why humans are carbon-based lifeforms]. ''Scientific American''. 2012ko azaroaren 11a.</ref>▼
▲Karbonoaren [[konfigurazio
* '''''sp<sup>3</sup> hibridazioa''''' - Karbono atomo batek geometria tetraedrikoan lau lotura bakun osatu behar dituenean gertatzen da, metanoan ''CH<sub>4</sub>'' adibidez. ''2s'' orbital atomikoa eta ''2p'' hiru orbital atomikoak konbinatzen dira lau ''sp<sup>3</sup>'' orbital hibridoak eratzeko. Lau orbital hibridoak aurrez aurreko gainezarpenen bidez atomo desberdinetako beste lau orbitalekin konbinatuko dira, eta lau lotura kobalente bakun (''σ''-motakoak) osatuko dira.
* '''''sp<sup>2</sup> hibridazioa''''' - Bi lotura bakun eta bikoitz bat geometria triangeluar launean osatzen direnean gertatzen da, etenoan ''CH<sub>2</sub>=CH<sub>2</sub>'' adibidez. Kasu honetan, 3 orbital atomiko (''2s + 2p<sub>x</sub> + 2p<sub>y</sub>'') hibridatzen dira, ''p<sub>z</sub>'' orbitala hibridatu gabe geratuz. Hiru orbital ''sp<sup>2</sup>'' hibridoak aurrez aurreko gainezarpenen bidez atomo desberdinetako beste hiru orbitalekin konbinatuko dira. Honetaz gain, hibridatu gabeko ''p<sub>z</sub>'' orbitala, albo-gainezarpen baten bidez beste atomo baten orbital batekin ere konbinatu daiteke. Horrela, C bakoitzak ''sp<sup>2</sup>'' hibridazioan lotura bikoitz bat eratu dezake, σ lotura batez eta π lotura batez osatua. Guztira, bi lotura kobalente bakun eta lotura bikoitz bat osatuko dira.
* '''''sp hibridazioa''''' - Lotura bakun eta hirukoitz bat geometria linealean osatzen direnean gertatzen da, etinoan ''CHΞCH'' adibidez. Kasu honetan, ''2s'' eta ''2p<sub>x</sub>'' orbitalak hibridatzen dira, bi ''sp'' orbital sortuz, eta ''p<sub>y</sub>'' eta ''p<sub>z</sub>'' orbitalak hibridatu gabe utziz. Bi ''sp'' orbital hibridoak aurrez aurreko gainezarpenen bidez atomo desberdinetako beste bi orbitalekin konbinatuko dira. Honetaz gain, hibridatu gabeko ''p<sub>y</sub>'' eta ''p<sub>z</sub>'' orbitalak, albo-gainezarpenen bidez beste bi atomoren orbitalekin ere konbinatu daitezke. Horrela, C bakoitzak ''sp'' hibridazioan lotura hirukoitz bat era dezake, ''σ'' lotura batez eta ''2π'' loturez osatua (''HCΞCH'').
▲Karbonoak
[[Pauling-en eskala]]<nowiki/>n, karbonoaren [[Elektronegatibotasun|elektronegatibotasuna]] 2,55-ekoa da. Hau da, [[oxigeno]]<nowiki/>a edo [[fluor]]<nowiki/>rak ez bezala, karbonoak ez du loturaren elektroiak erakartzeko joera handirik. Horren ondorioz, bere loturak polarizatu gabeko lotura kobalenteak izaten dira.
Bestetik, bere elektronegatibotasun ertainaren ondorioz, karbonoak erraztasun handia dauka beste elementuekin zein bere buruarekin loturak ezartzeko. Hona hemen zenbait loturen [[entalpia]]<nowiki/>k:<ref name=":0" />
{| class="wikitable"
! rowspan="2" |Elementua
135 ⟶ 139 lerroa:
| -
|}
=== Isotopoak ===
Karbono naturalak bi isotopo egonkor ditu, <sup>12</sup>C (%98.89) eta <sup>13</sup>C (%1.11), eta hirugarren bat (<sup>14</sup>C) [[erradioaktibo]]<nowiki/>a. Azken honen [[erdibizitza-denbora]] 5760 urtekoa da. <ref>{{Erreferentzia|izenburua=WebElements Periodic Table » Carbon » isotope data|url=https://www.webelements.com/carbon/isotopes.html|aldizkaria=www.webelements.com|sartze-data=2019-04-03}}</ref>
1961an [[IUPAC]]<nowiki/>ek <sup>12</sup>C isotopoaren masa elementuen [[masa atomiko]]<nowiki/>en eredutzat ezarri zuen. <ref>{{Erreferentzia|izenburua=BIPM - SI base units|url=https://www.bipm.org/en/measurement-units/base-units.html|aldizkaria=www.bipm.org|sartze-data=2019-04-03}}</ref>
[[Karbono-14]] isotopo erradioaktiboa desintegratuz doan arren, aldi berean atmosferako goialdean etengabe ekoizten ari da (<sup>14</sup><sub>7</sub>N + <sup>1</sup><sub>0</sub>n → <sup>14</sup><sub>6</sub>C + <sup>1</sup><sub>1</sub>H). Oreka honetan oinarrituz, jatorri organikoa duten laginen datazioan <ref>{{Erreferentzia|abizena=Bowman, Sheridan.|izenburua=Radiocarbon dating|argitaletxea=Published for the Trustees of the British Museum by British Museum Publications|data=1990|url=https://www.worldcat.org/oclc/20756487|isbn=0714120472|pmc=20756487|sartze-data=2019-04-03}}</ref><sup>,</sup><ref>{{Erreferentzia|abizena=Aitken, M. J. (Martin Jim)|izenburua=Science-based dating in archaeology|argitaletxea=Longman|data=(1994 printing)|url=https://www.worldcat.org/oclc/19354722|isbn=0582493099|pmc=19354722|sartze-data=2019-04-03}}</ref> erabiltzen da.
=== Alotropoak ===
[[Fitxategi:Eight_Allotropes_of_Carbon.png|thumb|Karbono alotropoak. a) diamantea; b) grafitoa; c) londsdaleita; d-f) fullerenoak; g) karbono amorfoa; h) karbono nanohodia]]
Karbono elementalak hainbat substantzia osa ditzake, bakoitzaren [[Kristal-egitura|egitura kristalino]]<nowiki/>a bereizgarria delarik, hauek, karbono alotropoak dira. Karbonoaren alotropo desberdinak ezagunak dira, garrantzitsuenak diamantea, grafitoa, londsdaleita, fullerenoak <ref name=":1">{{Erreferentzia|izenburua=Fullerenes: An Overview|url=http://www.ch.ic.ac.uk/local/projects/unwin/Fullerenes.html|aldizkaria=www.ch.ic.ac.uk|sartze-data=2019-04-03}}</ref> karbonozko nanotutuak <ref>{{Erreferentzia|izenburua=Carbon nanotubes : preparation and properties|argitaletxea=CRC Press|data=1997|url=https://www.worldcat.org/oclc/34658728|isbn=0849396026|pmc=34658728|sartze-data=2019-04-03}}</ref> eta grafenoa izanik. Baina baldintza estandarretan (298,15 K eta 100 kPa), grafitoa da termodinamikoki alotroporik egonkorrena. Hala ere, alotropo guztiak oso egonkorrak dira eta soilik tenperatura oso altuetan erreakziona dezakete <ref>{{Cite web|url=https://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/al/cont/exp/qui/qui2/u2/carbono/docs/elemento_con_multiples_personalidades.pdf|izenburua=El elemento con múltiples personalidades|sartze-data=|egunkaria=|aldizkaria=|abizena=Gasque|izena=P.|egile-lotura=|hizkuntza=|formatua=}}</ref>, <ref>{{Erreferentzia|izenburua=Shriver & Atkins' inorganic chemistry|argitaletxea=Oxford University Press|data=2010|url=https://www.worldcat.org/oclc/430678988|edizioa=5th ed|isbn=9780199236176|pmc=430678988|sartze-data=2019-04-03}}</ref>.
Karbonoaren propietate fisikoak bere forma alotropikoaren araberakoak dira. Esaterako, diamantea oso gardena da eta grafitoa opakua eta beltza da. Diamantea materialik [[gogortasun|gogorrenetakoa]] da, eta grafitoa paperean marra bat uzteko bezain biguna da. Diamanteak [[eroankortasun elektriko]] baxua dauka, eta grafitoa oso eroale ona da. Aldi berean, diamanteak ezagutzen den [[eroankortasun termiko]]rik altuena dauka. Forma alotropiko guztiak solidoak dira baldintza normaletan.▼
▲Karbonoaren propietate fisikoak bere forma alotropikoaren araberakoak dira.
''''' Diamantea''''' solido oso gogorra da, kolorgea, gardena, isolatzaile elektrikoa eta beroaren eroale oso ona. 3D [[solido kobalente]]<nowiki/>a eta tetraedroetan oinarritutako egitura du. Soilik C-C lotura kobalenteak ditu non C atomoa sp<sup>3</sup> hibridazioan dagoen. Lotura kobalenteen ondorioz, elektroien higikortasuna ez da suertatzen eta [[isolatzaile elektriko]]<nowiki/>a da; bere [[Urtze-puntu|fusio-tenperatura]] 3500°C-koa da eta bere [[Dentsitate (fisika)|dentsitate]]<nowiki/>a 3,5 g.cm<sup>-3</sup>. Bere gogortasunagatik erremintak egiteko erabiltzen da.
Diamante arruntean tetraedroek paketatze kubikoa azaltzen dute, baina tenperatura eta presioa oso altuetan tetraedroek paketatze hexagonala ere har dezakete, ''[[lonsdaleita]]'' mineralean. <ref>{{Erreferentzia|izena=Clifford|abizena=Frondel|izenburua=Lonsdaleite, a Hexagonal Polymorph of Diamond|orrialdeak=587–589|hizkuntza=en|abizena2=Marvin|izena2=Ursula B.|data=1967-5|url=http://www.nature.com/articles/214587a0|aldizkaria=Nature|alea=5088|zenbakia=214|issn=0028-0836|doi=10.1038/214587a0|sartze-data=2019-04-03}}</ref>
Diamante naturalak karbonoa presio eta tenperatura altuetan egon den metakinetan sortu dira. Diamantea naturala izateaz gain, diamante sintetikoak ere grafitotik sintetizatu daitezke tenperatura eta presio altuetan.
'''''Grafitoa''''' karbonoaren alotropo termodinamikoki egonkorrena da. Karbono amorfo natural gehiena guztiz kristalinoa ez den grafitoa da, hauxe, ikatz gehienetan eta kedarren dagoen egitura da.
Grafito kristalinoa egitura bidimentsionala (2D) du non C bakoitzak beste hiru C atomoekin lotuta dagoen sp<sup>2</sup> hibridazioan eta geometria triangeluar lauean. Horrela, xafletan karbonoren eraztun hexagonalak daude non C=C distantzia (141 pm) lotura kobalente bikoitzarena den. Horren ondorioz, bentzenoan bezala, geruzetatik zehar p elektroi deslekutuak daude, eta grafitoa eroalea da. Beste alde batetik, xaflen arteko distantzia handiagoa (335 pm) da, hots, geruzen arteko loturak askoz ahulagoak dira, eta ez dira kobalenteak, [[Van der Waalsen indar|Van der Waals lotura]]<nowiki/>k baizik. Hau dela eta, grafitoa esfoliatzea edo xafletan banatzea erraza da eta lubrifikatzaile ona da.
Grafitoaren 2D-egitura dela-eta, propietate bereziak ditu, hala nola, eroankortasun [[Anisotropia|anisotropiko]]<nowiki/>a. Hau da, geruzetatik zehar eroalea da baina isolatzailea eroankortasuna xaflekiko perpendikularki neurtzen bada.
Grafitoa meategietatik ateratzeaz gain, karbono amorfotik ere kristaldu daiteke, 2500°C-tan. Lubrifikaitzailea da, eta elektrodoak eta arkatzak (buztinarekin batera) egiteko erabiltzen da.
'''''Fullerenoak''''' <ref name=":1" />, 1985. urtean aurkitu ziren. Bere egiturak grafitoren antza du baina karbonoz osaturiko pentagonoak eta hexagonoak konbinatzen ditu egitura esferikoak edo ia esferikoak (C<sub>20</sub>, C<sub>60</sub>, C<sub>70</sub>, ...) dituzten [[molekula]]<nowiki/>k eratzeko. Molekula hauetan, C atomoek sp<sup>3</sup> edo sp<sup>2</sup> hibridazioak dituzte. Egitura egonkorrena C<sub>60</sub> da, eta futbol baloi baten egitura du.
Fullerenoak laborategian prestatu dira grafitotik abiatuz:
C ''(grafito)'' → C<sub>60</sub> (1000°C-tan eta aser batez irradiatuz)
Solido molekularren propietate tipikoak azaltzen dituzte: tenperatura igotzean [[Sublimazio|sublimatu]] egiten dira, dentsitate baxua dute, 1,5 g.cm<sup>-3</sup> eta isolatzaile elektrikoak dira. Gainera, diamantea eta grafitoa ez bezala, fullerenoak solugarriak izaten dira [[disolbatzaile apolar]]<nowiki/>retan. Solido beltzak izan arren, disoluzioan kolore desberdinak hartzen dituzte, hala nola, C<sub>60</sub> morea, C<sub>70</sub> gorria, C<sub>76</sub> berde-horixka.
'''''Grafenoak eta karbonozko nantutuek''''' <ref>{{Erreferentzia|izenburua=Carbon nanotubes : synthesis, structure, properties, and applications|argitaletxea=Springer|data=2001|url=https://www.worldcat.org/oclc/45093694|isbn=3540410864|pmc=45093694|sartze-data=2019-04-03}}</ref> ere grafitoren egitura dute oinarri. Grafenoa grafitoren xafla bakarrak dira eta karbonozko nanotutuak grafeno-xaflak zilindrikoki kiribilduak. Luzeak izaten dira eta 1D edo egitura monodimentsionalak kontsideratzen dira. Nanotutuak irekiak zein itxiak izan daitezke, egitura itxiak fullerenoaren egitura dute hodiko bazterretan. Zilindroak edo tutuak ere geruza bakarrekoak eta geruza anitzekoak izan daitezke, propietate fisikoak aldatuz. Gainera, grafeno-xaflak kiribiltzeko norantza ere desberdina izan daiteke. Guzti hau dela eta, propietate fisiko oso desberdinak azaldu ditzakete eta garrantzi handikoak dira [[Nanoteknologia]] arloan.
Azkenik, badaude guztiz kristalinoak ez diren beste forma batzuk: '''''[[koke]],''''' energiaren iturri eta erreduzitzaile moduan erabiltzen dena, '''''[[Karbono-beltz|karbono beltza]]''''' (tinta edo pigmento eta gomak egiteko), '''''[[karbono aktibatua]]''''' (gainazal handia 10<sup>3</sup>m<sup>2</sup>.g<sup>-1</sup> eta zurgatzaile ona) eta '''''[[karbonozko zuntzak]].'''''
=== Ugaritasuna ===
| |||