Karbon elementinin doğal allotropları olan elmas ve grafitin yapısal özellikleri, kimyasal bağ karakterleri ve fiziksel davranışları arasındaki ilişkiyi inceleyen bir araştırmacı aşağıdaki verileri derlemiştir. Karbonun bu iki allotropunun standart şartlardaki (25°C, 1 atm) termodinamik kararlılığı ve bağ yapısı dikkate alındığında, tablodaki verilerden hangisi yanlıştır?
Şıklar
Grafitin elmasa göre daha kararlı olmasının temel sebebi, tabakalar içindeki sp² hibritleşmesi yapmış karbon atomları arasındaki bağ enerjisinin, elmastaki sp³ bağlarından daha yüksek olmasıdır.
Elmasın bilinen en sert doğal madde olmasının nedeni, tüm karbon atomlarının birbirine güçlü kovalent bağlarla ağ örgülü (network) bir yapıda bağlanmış olmasıdır.
Grafitin elektriği iletmesi, hibritleşmeye katılmayan p orbitallerindeki elektronların tabakalar arasında delokalize (hareketli) olmasından kaynaklanır.
Tabloda verilen C-C bağ uzunlukları karşılaştırıldığında, elmastaki bağların grafitteki tabaka içi bağlardan daha kısa olduğu görülür; bu durum elmasın yoğunluğunun daha fazla olmasını sağlar.
Grafitin yağlayıcı özelliği, altıgen tabakaların birbirine zayıf Van der Waals kuvvetleri ile bağlı olması ve bu tabakaların birbiri üzerinde kolayca kayabilmesi ile açıklanır.
Çözüm Açıklaması
Elmas ve grafitin bağ uzunluklarını analiz ettiğimizde: Elmasta karbonlar tekli bağlar (sp³-sp³) ile bağlıdır ve bağ uzunluğu yaklaşık 154 pm'dir. Grafitte ise tabaka içindeki karbonlar arasında kısmi ikili bağ karakteri (sp²-sp²) vardır ve bağ uzunluğu yaklaşık 142 pm'dir. Dolayısıyla grafitteki tabaka içi bağlar, elmastaki bağlardan daha kısadır. Elmasın yoğunluğunun daha fazla olması bağ kısalığından değil, atomların 3 boyutlu uzayda daha sıkı ve boşluksuz bir kristal örgü (yüzey merkezli kübik) oluşturmasından kaynaklanır. A, B, C ve E seçenekleri allotropların yapı-özellik ilişkisini doğru tanımlar.