Her geçen on yılda yeni allotropik karbon çeşitleri keşfediliyor. Bugün, varsayımsal sayıları şimdiden 500 civarında tahmin ediliyor. Dünyada bu kadar çok yönlü başka bir unsur yok.
Karbonun kısa özellikleri
Karbon (C), atom numarası 6 olan ametal olarak sınıflandırılan bir elementtir. Bu, çekirdeğinde altı protona ve iyonize olmayan formda aynı sayıda elektrona sahip olduğu anlamına gelir. Yerkabuğunda nispeten nadir olmasına rağmen, diğer elementlerden daha fazla bileşik oluşturur . Tüm canlı organizmaların temel bir unsurudur; proteinlerin, karbonhidratların ve yağların yapısını oluşturur. Doğada karbon döngüsünün evrelerinden biri olan karbondioksit (CO 2 ) olarak atmosferde bulunur.
Allotropik karbon çeşitleri nelerdir?
Karbon atomlarından oluşan yapı birçok fiziksel form alabilir. Bu fenomen allotropik karbon çeşitleri olarak adlandırılır. Allotropi, çok sayıda metali ve metal olmayanı etkileyen bir olgudur. Belirli bir elementin farklı çeşitleri aynı fiziksel durumda mevcut olduğunda ve farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olduklarında ortaya çıkar. Kristal veya moleküler bir yapıya sahip olabilirler ve moleküldeki atom sayısı bakımından farklılık gösterebilirler. Doğada bulunan en iyi bilinen allotropik karbon çeşitleri, renk, yapı ve yumuşaklık açısından son derece farklı olan grafit ve elmastır. Ayrıca bilim adamları, laboratuvar koşullarında onlarca başka çeşit daha yaratmayı başardılar. 
Grafit – çok yönlü bir mineral
Genellikle kurşun kalemle ilişkilendirilen grafitin yumuşak, gri-siyah bir mineral olması, yağlı ve dokunulduğunda kirli olması tesadüf değildir. Aynı zamanda mükemmel bir elektrik ve ısı iletkenidir, suda çözünmez ve yağlayıcı özelliklere sahiptir. İki tür yapıda meydana gelir: altıgen ve trigonal ve atomları paralel bir düzlem ağı içinde birbirine bağlıdır. Diğer karbon allotropları gibi grafit de yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Elektrot ve pota, yanmaz kap ve refrakter tuğla üretiminde kullanılır. Ayrıca yağlayıcılar, pas önleyici boyalar ve parlatıcı maddelerin üretiminde kullanılır. Grafit doğada grafit şist ve kristal şist gibi metamorfik kayaçlarda bulunur. Günümüzde en büyük üreticisi Çin’dir. Ticari amaçlar için grafit, antrasitin nitrojen atmosferinde pirolizi ile elde edilir.
Elmas – en değerli taş
Elmas ve grafitten daha farklı iki karbon allotropu bulmak zordur. Elmas, 10 puanlık Mohs ölçeğinde 10 olarak derecelendirilen dünyanın en sert mineralidir . Yüksek parlaklığa ve kısmi şeffaflığa sahip oktahedral veya altı yüzlü kristaller halinde oluşur. En değerli pırlantalar renksizdir , ancak kirlenme nedeniyle sarı, pembe, mavi veya kahverengiye dönüşebilirler. Elektriği iletmezler ama iyi ısı iletkenleridir. Yüzeyleri yalnızca başka bir elmas tarafından çizilebilse de, nispeten kırılgandırlar. Doğal elmaslar esas olarak birincil kimberlit ve yer değiştirme ile oluşan kırıntı birikintilerinde bulunur. En kaliteli taşlar ağırlıklı olarak mücevheratta kullanılmaktadır. Uygun cilalamadan sonra elmas olarak adlandırılırlar ve uluslararası piyasada baş döndürücü fiyatlara ulaşırlar. Düşük kaliteli elmaslar ve sentetik olarak elde edilen kristaller de önemli bir endüstriyel hammaddedir . Sertliklerinden dolayı bıçak, matkap ve aşındırıcı üretiminde kullanılırlar. Elmaslar ayrıca tıbbi ve bilimsel ekipman, sertlik test cihazları ve ısı ileten macunların elemanlarını üretmek için kullanılır. 
Fullerenler, yani karbon siyahının allotropları
Doğada, fullerenler daha küçük miktarlarda da bulunabilir. Metalik parlaklığa sahip kahverengi veya siyah yarı saydam katılardır. Molekülleri, 28’den 1.500’e kadar daha fazla miktarda karbon atomundan oluşur. Nispeten yakın zamanda keşfedilen bu allotropik karbon çeşitleri, birçok farklı yapıdan oluşur. “Buckyball” olarak da bilinen kristalleri oluşturan küresel C60 parçacıkları en dayanıklı olarak kabul edilir. Ek olarak, fullerenler ayrıca çok katmanlı (nano- kabarcıklar olarak adlandırılır) veya silindirik ( nanotüpler olarak adlandırılır) bir form alabilirler. Fullerenler düşük kimyasal aktiviteye sahiptir ve suda çözünmezler. Yarı iletken ve süper iletken özelliklere sahiptirler. Sonuç olarak, elektronik, optik, biyomedikal ve nanoteknoloji endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Antioksidan ve farmakolojik potansiyelleri özel ilgiyi hak ediyor. Yapıları ve biyouyumlulukları nedeniyle ilaç taşıyıcı görevi görebilirler. Fullerenler esas olarak karbon siyahından elde edilir. Bu amaçla, belirli molekül türlerinin ayrılmasını sağlayan bir takım çözücüler kullanılmaktadır. Alternatif olarak, vakumda bir lazer ışını ile bombardıman edilen başka bir karbon allotropundan – grafitten elde edilebilirler.
Grafen – iki boyutlu karbon
En son keşfedilen karbon allotroplarından biri grafendir . Petek şeklinde düzenlenmiş tek karbon atomlarından oluşan düz bir yapıdır. Bir atom kalınlığında olduğu için geleneksel olarak iki boyutlu bir malzeme olarak kabul edilir. Grafen, mükemmel bir ısı ve elektrik iletkenidir. En büyük avantajları arasında şeffaflık ve silikondan bile daha yüksek olan son derece yüksek elektron akış hızı sayılabilir. Ayrıca grafen son derece sert ve esnemeye karşı dirençlidir. Bu özellikler, grafenin elektronik endüstrisinde silikonun yerini alabileceği anlamına gelir. Mevcut ve gelecekteki uygulamaları arasında yüksek hızlı transistörlerin, yuvarlanabilir dokunmatik ekranların ve enerji depolaması için pilli fotovoltaik modüllerin üretimi yer alıyor. Diğer karbon allotroplarına benzer şekilde, grafen ilaçlar için taşıyıcı, doku mühendisliği için hammadde ve hatta onkolojik tedavide bir ajan olarak kullanılabilir. Grafen birçok farklı yolla elde edilebilir. Günümüzde en yaygın olarak kullanılanları kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve silisyum karbürün termal bozunmasıdır. Yapışkan bant kullanarak karbon atomu tabakasını ayırmanın orijinal yöntemi de bazen laboratuvar amaçları için kullanılır. 
siklokarbon
Grafenden daha da yeni bir allotropik karbon çeşidine siklokarbon denir. 18 karbon atomundan oluşan bir halka oluşturur. Aralarında değişen tekli ve üçlü bağlar vardır. Grafen gibi, siklokarbon da sadece bir atom kalınlığındadır. Ancak ilk tahminler bunun bir yarı iletken olduğunu gösteriyor. Diğer özellikleri bilinmiyor. Bilim adamlarına göre, halkada farklı sayıda atom içeren siklokarbonlar oluşturmak mümkün olacak. Potansiyel kullanımları elektronik cihazların minyatürleştirilmesini içerir .
Diğer allotropik karbon çeşitleri
Karbon, yaygınlığına rağmen, en büyüleyici unsurlardan biri olmaya devam ediyor. Özelliklerinden daha iyi yararlanmak için araştırmalar devam etmektedir. Allotropik karbon çeşitleri bu açıdan özellikle umut verici görünmektedir. Şimdiye kadar varsayımsal değerlendirmeler alanında kalan ilginç bir polimer carbyne’dir . Bu isim, bir elmasınkinden 40 kat daha fazla potansiyel mukavemete sahip karbon atomlarından oluşan bir zincire atıfta bulunur. Ancak bu malzeme o kadar kararsız ki şimdiye kadar sadece nanotüp içinde üretildi. Bir başka umut verici allotropik karbon çeşidi, Q-karbon olarak adlandırılır. Karbon atomlarının üç ligand oluşturduğu üç boyutlu bir yapıya sahiptir. Muhtemel uygulamaları, lityum pillerde enerji depolamasını iyileştirmeyi içerir. Ayrıca, manyetik özelliklere sahip gözenekli bir kristal yapı olan karbon nano-köpüğü de biliyoruz. Karbon siyahı ayrıca spesifik bir amorf allotropik karbon çeşididir. Gelecek, bunların ve diğer benzersiz karbon yapılarının nasıl kullanılacağını gösterecek. Dünyada elementin bolluğu vardır, bu nedenle teknolojinin gelişimi kaynakların istikrarını veya doğal çevreyi tehdit etmemelidir. Aslında, allotropik karbon çeşitlerinin enerjiyi daha iyi yönetmeye ve birçok endüstriyel süreci iyileştirmeye yardımcı olması için iyi bir şans var.
