కార్బన్ - దాని సమ్మేళనాలు

* కార్బన్ ఒక అలోహం. ఇది ఆధునిక ఆవర్తన పట్టికలో IV A గ్రూపుకు చెందిన మూలకం. బాహ్య కర్పరంలో 4 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. కార్బన్ పరమాణు సంఖ్య 6.
* దీన్ని చారిత్రక పూర్వయుగంలోనే కనుక్కున్నారు. మన పూర్వీకులు జీవ పదార్థాన్ని దహనం చెందించి 'చార్‌కోల్‌'ను తయారుచేసేవారు.
* కార్బన్ ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s² 2s² 2p².
* భూమి పొరల్లో కార్బన్ 0.3%గా వివిధ రూపాల్లో లభిస్తుంది.
* ఉత్తేజ స్థాయిలో కార్బన్ ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 1s² 2s¹ 2px¹ 2py¹ 2pz¹.
* నాలుగు ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉన్న కార్బన్ ఆర్బిటాళ్లు శక్తిరీత్యా సమానమని 'సంకరీకరణం' ద్వారా చూపవచ్చు.
 

సంకరీకరణం:
* సంకరీకరణం అనే భావనను మొదట ప్రవేశపెట్టింది లైనస్ ఫౌలింగ్ (1931).
* ఒక పరమాణువులో దాదాపు సమాన శక్తి ఉన్న ఆర్బిటాళ్లు పునరేకీకరణ చెంది నూతన ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడటాన్ని సంకరీకరణం అంటారు.
* కార్బన్ sp³, sp², sp సంకర ఆర్బిటాళ్లను ఏర్పరుస్తుంది.


 

కార్బన్ - రూపాంతరాలు
* ఏదైనా ఒక మూలకం రెండు కంటే ఎక్కువ రూపాల్లో లభిస్తూ, రసాయన ధర్మాల్లో దాదాపు సారూప్యత కలిగి ఉండి భౌతిక ధర్మాల్లో విభేదించే ధర్మాన్ని రూపాంతరత (Allotropy) అంటారు. ఆ మూలక విభిన్న రూపాలను 'రూపాంతరాలు' అంటారు.
* ఇవి వాటి పరమాణువుల అమరికలో తేడా వల్ల ఏర్పడతాయి.
 

కార్బన్ రూపాంతరాలు రెండు రకాలు
* స్ఫటిక రూపాంతరాలు (Crystalline Forms)
* అస్ఫటిక రూపాంతరాలు (Amorphous Forms)
 

అస్ఫటిక రూపాంతరాలు:
* బొగ్గు, కోక్, కలప చార్‌కోల్, జంతు చార్‌కోల్, నల్లని మసి, వాయురూప కార్బన్, పెట్రోలియం కోక్, చక్కెర చార్‌కోల్ అనేవి అస్ఫటిక రూపాంతరాలు
 

స్పటిక రూపాంతరాలు:
* కార్బన్ మూడు రకాల స్ఫటిక రూపాల్లో లభిస్తుంది.
1. వజ్రం
2. గ్రాఫైట్
3. బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లరిన్
4. నానోనాళాలు
 

వజ్రం:
* ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు ఉత్తేజస్థితిలో sp3 సంకరీకరణం చెందుతుంది.
* ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు చతుర్ముఖీయ ఆకృతిని కలిగి ఉంటుంది.
* C - C బంధాలు చాలా బలమైనవి, ఏక సంయోజనీయ బంధం ఉంటుంది.
* వజ్రం సాంద్రత 3.51 గ్రా./సెం.మీ.3
* వజ్రం వక్రీభవన గుణకం విలువ 2.41.
* వజ్రం అథమ ఉష్ణ, అథమ విద్యుత్ వాహకం.
* C - C బంధ దూరం 1.54 Aº, బంధకోణం 109º28'.
* ఇప్పటి వరకు తెలిసిన అన్ని పదార్థాల్లో గట్టి పదార్థం వజ్రం.
 

గ్రాఫైట్
* ఇది ద్విమితీయ (2D) నిర్మాణం ఉండే పొరలతో ఉంటుంది.
* ఈ పొరల మధ్య C - C బంధాలు సాపేక్షంగా బలహీనంగా ఉంటాయి.
* గ్రాఫైట్ sp2 సంకరీకరణం ఉన్న కార్బన్ పరమాణువులతో ఉంటుంది.
* గ్రాఫైట్ పొరల మధ్య దూరం 3.35 A°.
* నల్లటి, మెత్తటి స్ఫటిక ఘనపదార్థం. దీన్ని కందెనలు, పెన్సిల్ లెడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు.
* ఇది ఉత్తమ విద్యుత్ వాహకం, దీని సాంద్రత 2.25 గ్రా./సెం.మీ3.
* గ్రాఫైట్ మంచి విద్యుత్ వాహకంగా పనిచేయడానికి కారణం విస్థాపనం చెంది ఉన్న  ఎలక్ట్రాన్ వ్యవస్థ.
* C - C బంధ దూరం 1.42 Aº, బంధకోణం 120º.
 

బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లరిన్ (C₆₀):
* దీన్ని 1985లో క్రోట్, స్మాలి శాస్త్రవేత్తల బృందం కనుక్కుంది.
* 1996లో రసాయన శాస్త్ర విభాగంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
* జడవాయు వాతావరణంలో బాష్ప కార్బన్ ఘనీభవించడం వల్ల ఫుల్లరిన్‌లు ఏర్పడతాయి.
* గోళాకారంలో ఉన్న ఫుల్లరిన్‌లను బక్కీబాల్స్ అని కూడా అంటారు.
* బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లరిన్ దాదాపు గోళాకారంలో ఉండి, సాకర్ బాల్ (ఫుట్‌బాల్) ఆకారంలో అమరిన C₆₀ అణువులను కలిగి ఉంటుంది.
* C₆₀ అణువు ఉపరితలంపై 12 పంచముఖ ఆకృతి, 20 షట్ముఖ ఆకృతి వలయాలు ఉంటాయి. ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు sp² సంకర ఆర్బిటాళ్లను కలిగి ఉంటుంది.
* విశిష్ట నిరోధక ఔషధం (Specific Antibiotic), మెలనోమా లాంటి కాన్సర్ కణాలను నిర్మూలించే ఔషదాల తయారీలో C₆₀ ని ఉపయోగిస్తారు.
 

నానో నాళాలు:
* వీటిని 1991లో సుమియో లీజిమ కనుక్కున్నారు.
* సమయోజనీయ బంధాల్లో పాల్గొనే కర్బన పరమాణువుల షట్ముఖ అమరికల వల్ల నానో ట్యూబులు ఏర్పడతాయి.
* ఇవి గ్రాఫైట్ పొరలను పోలి ఉంటాయి.
* ఇవి విద్యుత్ వాహకాలు కాబట్టి సమీకృత వలయాల్లో అణుతీగలుగా రాగికి బదులుగా వాడతారు.
* శాస్త్రవేత్తలు అతిచిన్న కణంలోకి జీవాణువులను పంపాలంటే వీటిని ఉపయోగిస్తారు.
* 1 mm మందం ఉన్న గ్రాఫైట్ 3 మిలియన్ పొరల గ్రాఫిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది.
* గ్రాఫిన్ రాగి కంటే మంచి విద్యుత్ వాహకం. స్టీలు కంటే 200 రెట్లు బలమైంది. కానీ 6 రెట్లు తేలికైంది. కాంతి దృష్ట్యా సంపూర్ణ పారదర్శక పదార్థం.
 

కార్బన్ స్వభావం (Versatile Nature of Carbon):
* జె.జె. బెర్జిలియస్ సజీవుల్లో తయారయ్యే వాటిని కర్బన సమ్మేళనాలని, నిర్జీవుల్లో తయారయ్యే వాటిని అకర్బన సమ్మేళనాలు అని అంటారు.
* 1828లో ఫ్రెడరిక్ వోలర్ ప్రయోగశాలలో అమ్మోనియం సయనేట్‌ను వేడిచేస్తూ 'యూరియా'ను కనుక్కున్నారు.

* మొదటిసారి తయారు చేసిన కృత్రిమ కర్బన సమ్మేళనం యూరియా.
* వోలర్ ఆవిష్కరణ ప్రాణాధార శక్తి సిద్ధాంతం తప్పని నిరూపించింది.
* జీవులు జీవించడానికి తోడ్పడే కార్బోహైడ్రేట్లు, ప్రొటీన్లు, న్యూక్లిక్ ఆమ్లాలు, కొవ్వులు, హార్మోన్లు, విటమిన్లు కార్బన్‌ను కలిగి ఉంటాయి.
 

కార్బన్‌కు ఉండే అసమాన ధర్మాలు
* శృంఖల సామర్థ్యం (కాటినేషన్)
* సాదృశ్యత
* బహుబంధాలను ఏర్పరచడం
 

శృంఖల సామర్థ్యం:
* కార్బన్ ఇతర పరమాణువులతో కలిసి పొడవైన గొలుసుల లాంటి నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఏదైనా మూలకం దానికి చెందిన పరమాణువుల మధ్య బంధాలను ఏర్పరచడం ద్వారా అతి పెద్దవైన అణువులను ఏర్పరచగల ధర్మాన్ని శృంఖల ధర్మం (Catenation) అని అంటారు.
* కార్బన్‌కు కాటనేషన్ సామర్థ్యం చాలా ఎక్కువ.
 

ర‌చ‌యిత: ఢీల్లీ బాబు