Organik bileşik kavramının gelişimi (yaşam gücü kuramı ve Wöhler’in üre sentezi); organik ve anorganik bileşikler arasındaki farklar; karbonun organik kimyadaki yeri; basit (kaba) formül ve molekül formülü kavramları, yakma analizi ve kütlece yüzde bileşimden formül bulma; karbon elementinin özellikleri (dört değerlik elektronu, zincir ve halka oluşturma, tekli-çiftli-üçlü bağ); karbonun allotropları: elmas, grafit, fulleren, karbon nanotüp ve grafen, amorf karbon.
Organik ve anorganik bileşikler
Organik kimyanın doğuşu: 19. yüzyılın başında organik bileşiklerin yalnızca canlılarda bir “yaşam gücü” ile üretilebileceği sanılıyordu.
- Friedrich Wöhler (1828): Anorganik amonyum siyanattan (NH₄OCN) üreyi (CO(NH₂)₂) laboratuvarda sentezledi → yaşam gücü kuramı çöktü.
- Bugün organik kimya = karbon bileşiklerinin kimyası (bazı istisnalarla)
| Organik bileşikler | Anorganik bileşikler |
|---|---|
| Temelinde C ve H (çoğu zaman O, N, S, halojen) | Bütün elementlerden oluşabilir |
| Genellikle kovalent bağlı | İyonik ya da kovalent |
| Erime-kaynama noktaları düşük | Genellikle yüksek |
| Çoğu yanıcı | Çoğu yanmaz |
| Çoğu suda az çözünür, organik çözücülerde çözünür | Çoğu suda çözünür (tuzlar) |
| Tepkimeler genellikle yavaş | Tepkimeler genellikle hızlı |
| Sayıca milyonlarca | Sayıca daha az |
İstisna: CO, CO₂, karbonatlar (CaCO₃), siyanürler (KCN) karbon içerse de anorganik sayılır.
Basit formül ve molekül formülü
Basit (kaba) formül: Bileşikteki atomların en küçük tam sayılı oranı
Molekül formülü: Bir moleküldeki atomların gerçek sayısı → molekül formülü = (basit formül)ₙ
- Glikoz C₆H₁₂O₆ → basit formül CH₂O · Benzen C₆H₆ ve asetilen C₂H₂ → basit formül CH
Kütlece yüzdeden formül bulma: C %40, H %6,7, O %53,3 (C = 12, H = 1, O = 16)
- 100 g’da: C 40/12 = 3,33 · H 6,7/1 = 6,7 · O 53,3/16 = 3,33 mol
- Oran 1 : 2 : 1 → basit formül CH₂O (30 g/mol)
- Mol kütlesi 180 g/mol ise n = 180/30 = 6 → molekül formülü C₆H₁₂O₆
Yakma analizi: 3 g organik bileşik yakılınca 4,4 g CO₂ ve 1,8 g H₂O oluşuyor.
- C: 4,4 · 12/44 = 1,2 g (0,1 mol) · H: 1,8 · 2/18 = 0,2 g (0,2 mol)
- O: 3 − 1,2 − 0,2 = 1,6 g (0,1 mol) → oran 1 : 2 : 1 → CH₂O
Doğada karbon ve allotroplar
Karbonun özellikleri:
- Atom numarası 6, 4 değerlik elektronu → 4 kovalent bağ yapar.
- Kendi atomlarıyla uzun zincirler ve halkalar oluşturabilir (katenasyon) → milyonlarca bileşik
- Tekli, çiftli ve üçlü bağ yapabilir; H, O, N, S ve halojenlerle sağlam bağlar kurar.
Allotrop: Aynı elementin farklı yapılardaki biçimleri
- Elmas: Her C atomu 4 C’ye bağlı (sp³) üç boyutlu ağ → bilinen en sert doğal madde, elektriği iletmez, ışığı kırar (mücevher, kesici uçlar)
- Grafit: sp² hibritli katmanlar, katmanlar arası zayıf bağlar → kaygan, yumuşak; serbest elektronlar sayesinde elektriği iletir (kurşun kalem ucu, elektrot, kayganlaştırıcı)
- Fulleren (C₆₀): 1985’te keşfedilen, futbol topu biçimli molekül (beşgen ve altıgenler)
- Karbon nanotüp ve grafen: Grafit katmanının tüp ya da tek katman hâli → çok dayanıklı, iletken
- Amorf karbon: Belirli kristal yapısı olmayan kömür, kurum, odun kömürü, aktif karbon (filtreler)
Kavramlar
- organik bileşik
- karbon temelli bileşik
- basit formül
- atomların en küçük tam sayı oranı
- molekül formülü
- moleküldeki gerçek atom sayıları
- allotrop
- aynı elementin farklı yapısal biçimi
- katenasyon
- atomların kendi aralarında zincir oluşturması
- Wöhler 1828 üre sentezi → yaşam gücü kuramı çöktü
- Organik: kovalent, düşük erime noktası, yanıcı, sayıca çok
- CO, CO₂, karbonatlar, siyanürler anorganik sayılır
- Basit formül en küçük oran; molekül formülü = (basit formül)ₙ
- Yakma analizinde CO₂’den C, H₂O’dan H bulunur
- Allotroplar: elmas, grafit, fulleren, nanotüp, grafen
Örnek soru ve çözümü
Kartlardaki elmas ve grafit aynı elementten oluştuğu hâlde neden biri çok sert ve yalıtkan, diğeri kaygan ve iletkendir?
Elmasta her karbon atomu dört komşusuna güçlü kovalent bağlarla üç boyutlu bir ağ oluşturur; serbest elektron yoktur, bu yüzden çok sert ve yalıtkandır. Grafitte her karbon üç komşusuna bağlıdır ve düzlemsel katmanlar oluşur; katmanlar arası zayıf etkileşimler kaymaya izin verir, her karbonda kalan bir elektron katman boyunca serbest hareket ederek elektriği iletir.
Çözümlü örnekler
1. C₂H₄ ve C₃H₆ bileşiklerinin basit formülü nedir? Kolay
Çözümİkisinin de basit formülü CH₂’dir.
2. Basit formülü CH olan bileşiğin mol kütlesi 78 g/mol ise molekül formülü nedir? Orta
ÇözümCH = 13 g/mol → n = 78/13 = 6 → C₆H₆.
3. Yalnız C ve H içeren 2,9 g bileşik yakıldığında 8,8 g CO₂ oluşuyor. Basit formülü nedir? Zor
ÇözümC: 8,8 · 12/44 = 2,4 g = 0,2 mol; H: 2,9 − 2,4 = 0,5 g = 0,5 mol. Oran 0,2 : 0,5 = 2 : 5 → C₂H₅ (molekül formülü C₄H₁₀ olabilir).
Sık yapılan hatalar
- Karbon içeren her bileşiği organik saymak (CO₂, CaCO₃ anorganiktir).
- Basit formül ile molekül formülünü aynı sanmak.
- Grafitin elmastan daha sert olduğunu düşünmek.
Biliyor muydun?
Fullereni keşfeden üç bilim insanı 1996 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı; molekülün adı, benzer kubbeler tasarlayan mimar Buckminster Fuller’dan geliyor!