Grafen, karbonun iki boyutlu (2D) bir allotropu olup modern teknolojide devrim niteliğinde özellikler sergiler. Aşağıdaki grafikte grafenin termal iletkenliği ile diğer yaygın iletken maddelerin oda sıcaklığındaki karşılaştırması verilmiştir. Grafenin bu olağanüstü termal ve elektriksel özelliklerinin temel yapısal nedeni aşağıdakilerden hangisinde en doğru şekilde açıklanmıştır?
Şıklar
Karbon atomlarının sp³ hibritleşmesi yaparak oluşturduğu 3 boyutlu dev molekül yapısı, titreşimlerin (fononların) hızla yayılmasını sağlar.
Tek bir atom kalınlığındaki bal peteği örgüsünde, her karbon atomunun yaptığı 3 adet \sigma bağının yanı sıra boşta kalan p orbitallerinin oluşturduğu delokalize π sistemi, elektronların ve ısı taşıyıcıların sürtünmesiz hareketine olanak tanır.
Grafen tabakaları arasındaki Van der Waals etkileşimlerinin yokluğu, karbon atomlarının serbestçe dönmesini ve bu sayede kinetik enerjinin kayıpsız iletilmesini sağlar.
Grafen yapısındaki karbon atomlarının sadece çift bağlarla (C=C) bağlı olması, bağ enerjisini maksimize ederek ısıl iletimi metalik bağlardan daha güçlü kılar.
Grafen, moleküler bir yapıda olduğu için ısı iletimi sadece molekül içi titreşimlerle gerçekleşir, bu da onu en iyi yalıtkanlardan biri yapar.
Çözüm Açıklaması
Grafen sp² hibritleşmesi yapmış karbon atomlarından oluşur. Her atom 3 komşusuyla \sigma bağı kurarken, hibritleşmeyen 4. elektron (p orbitali) tüm tabaka boyunca uzanan bir \pi (π) bulutu oluşturur. Bu delokalize elektron sistemi, elektron hareketliliğinin (mobility) çok yüksek olmasını sağlar. Aynı zamanda grafenin 2 boyutlu kristal kafes yapısı, fonon adı verilen örgü titreşimlerinin çok az saçılma ile iletilmesine izin verir, bu da bakır veya gümüş gibi metallerden bile çok daha yüksek termal iletkenlik sağlar. A yanlıştır çünkü grafen sp²'dir. C yanlıştır çünkü grafen tek tabakadır. D yanlıştır çünkü bağlar tam çift bağ değil, rezonans karakterlidir.
Video Çözüm
AI ile video çözüm oluştur
İnteraktif Çözüm
Adım adım, sesli ve animasyonlu çözüm. Quiz ile kendini test et!