How big is Karbon Atomu?

Karbon atomunun çekirdeğinde altı proton ve genellikle altı nötron bulunur; çekirdeğin çevresinde altı elektron vardır. Bu sitedeki hidrojen atomuyla aynı biçimde, yani en dıştaki elektronlarının bulunma olasılığının en yüksek olduğu uzaklığın iki katı olarak ölçüldüğünde, karbon atomu yaklaşık 0,13 nanometre, yani 130 pikometre genişliğindedir. Bir nanometre bir metrenin milyarda biridir, bir pikometre ise bir nanometrenin binde biridir.

Boyut

Bir atomun kesin bir şekli ya da büyüklüğü yoktur. Bu yüzden atomu tanımlamanın birkaç yolu vardır ve her biri farklı bir sayı verir. Buradaki değer, elektronların en olası bulunduğu yerlerin hesaplanmasından çıkar. Karbonun altı elektronundan ikisi çekirdeğe yakın durur, kalan dördü, bu sitedeki resimde de görüldüğü gibi, daha dışarıdadır. Dıştaki dört elektronun çekirdekten yaklaşık 65 pikometre uzaklıkta bulunma olasılığı en yüksektir; bu da atomun genişliğini yaklaşık 130 pikometre yapar.

Moleküllerdeki atomlar için kimyacılar çoğunlukla başka bir ölçü kullanır. Kovalent yarıçap, birbirine bağlı iki atomun merkezleri arasındaki uzaklığın yarısıdır. Tek bağla birleşmiş iki karbon atomu ortalama 154 pikometre arayla durur; bu ölçüye göre bir karbon atomu yaklaşık 150 pikometre genişliğindedir.

Van der Waals yarıçapı ise birbirinden ayrı iki atomun birbirini itmeye başlamadan önce ne kadar yaklaşabildiğini ölçer. Bu ölçüye göre bir karbon atomu yaklaşık 340 pikometre genişliğindedir.

Boyut karşılaştırmaları

Bir karbon atomu, aynı ölçüye göre 106 pikometre genişliğinde olan hidrojen atomunun yaklaşık 1,2 katı genişliğindedir.
Yaklaşık 2 nanometre genişliğindeki DNA çift sarmalı, yaklaşık 15 karbon atomu genişliğindedir.
Yan yana dizilen yaklaşık 600.000–800.000 karbon atomu, bir insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı.
Bir karbon atomu, yaklaşık 24 santimetre çapındaki bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, bir insan saçı yaklaşık 150–185 kilometre kalınlığında olurdu.

Karbon atomları nasıl birleşir

Karbon atomları dört bağ yapma eğilimindedir ve birbirlerine çeşitli uzunluklarda zincirler hâlinde bağlanabilir. Değişik uzunluklarda zincir kurabilme yeteneği, karbonun yaşam için vazgeçilmez olmasının nedenidir. Çift bağ, iki karbon atomunu tek bağdan daha çok yaklaştırır ve aralarını 134 pikometreye indirir; üçlü bağ bu aralığı 120 pikometreye indirir.

Saf karbon, elmas, grafit ve grafen dahil birkaç biçimde bulunur. Elmas kayayı kesecek kadar serttir, grafit ise yumuşaktır. Grafen, yalnızca bir atom kalınlığında bir karbon atomu tabakasıdır; atomlar tavuk teli gibi altıgenlerden oluşan bir örüntüyle birbirine bağlanır.

Tek tek karbon atomlarını görmek

Tek tek karbon atomları ışık mikroskobuyla görülemeyecek kadar küçüktür, ama elektron mikroskoplarıyla görülmüştür. 2008’de Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, TEAM 0.5 mikroskobunu kullanarak bir grafen tabakasındaki her karbon atomunu gösteren görüntüler elde etti. Grafen kırılgan olduğu için daha yumuşak, düşük enerjili bir elektron demeti kullandılar; bu demet yine de birbirinden 1 angström (100 pikometre) uzaklıktaki ayrıntıları seçebildi.

Atomları tartmak

Karbon, atomların tartılmasında da ölçeği belirler. 1960’tan beri altı nötronlu karbon biçimi olan karbon-12, atom kütleleri için referans oluyor. Kullanılan birim olan dalton, bir karbon-12 atomunun kütlesinin on ikide biri olarak tanımlanır. Dünya’daki karbonun yaklaşık yüzde 99’u karbon-12’dir.