Bir reaksiyonun meydana gelebilmesi için gereken minimum enerjiye Eşik Enerjisi ya da popüler adıyla Aktivasyon Enerjisi adı verilir. Peki bu enerji tepkimelerde ne kadar belirleyici? Elmas mı daha kararlı, grafit mi, fulleren mi yoksa 2005’ten beri adından sıkça söz ettiren grafen mi? Aynı elementten oluşan bu dört farklı malzemenin bu kadar farklı özellikler göstermesi normal mi? Kristal yapıları incelendiğinde elbette ki normal.

Peki ya oluşum süreci? Grafen, katmanlı grafitin tek bir katmanıdır denilebilir. Fulleren ise bu katmanın C60 (Futbol topu) şeklinde birleştirilmiş halidir. Elmas oldukça yüksek basınçlarda oluşan düşük kararlılıkta ama çok yüksek sertlikte (Mohs 10) bir malzemedir. Grafit ise daha olağan koşullarda oluşan bir malzemedir ve sertlik değeri elmasa göre oldukça düşüktür.

Hangi yapı daha kararlı? Kararlılığı belirleyen en önemli etken aslında hepimizin oldukça yakından tanıdığı enerji ve entropi kavramlarıdır. Elmas ile grafiti karşılaştıracak olursak özellikle yapı rijitliği açısından da elbette grafit daha kararlıdır. Elmas yapısı zamanla grafite dönüşür. Peki bu süreci tersine çevirebilir miyiz? 2003’te Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Tetsuo Irifune, kömürü basıncın etkisiyle elmasa dönüştürmeyi denedi. Fazlaca güçlü bir düdüklü tencerenin mühendislikteki eşdeğerini kullanan Irifune, bir parça kömür benzeri karbonu alarak yer kabuğunun üst mantosundan elde edilebilecek basıncın çok üzerinde bir basınca maruz bıraktı. Ortaya çıkan doğada daha önce hiç rastlanmamış bir kimyasal madde olan hiperelmastı. Hiperelmas elmastan çok daha sert (Mohs değeri 10’un üzerinde) bir malzemedir.

Peki başlangıç malzemesi olarak sadece kömür mü kullanabiliriz? Almanya’da Bavarian Jeoloji Enstitüsü çalışanlarından Dan Frost, fıstık ezmesini sıkıştırarak elmas elde etmeyi başarmıştır. Bu sonuçlar bize kimyasal yapı ve proses (süreç) termodinamiğinin malzemelerin özelliklerinde ne kadar rol oynadığını göstermektedir.

Tüm bu veriler ışığında şu söylenebilir; aynı elementi içerseler bile karbonun tüm allotropları çok farklı koşullar altında oluşmakta ve farklı özellikler göstermekteler. Tam da burada bir malzeme mühendisinin kimya bilimine ne kadar öncelik vermesi gerektiğini anlamalıyız.

Bilmeliyiz ki; kimyasal yapılara hakim olarak ve proses termodinamiğinin tüm verilerini kullanarak olmaz denilenleri bile başarabiliriz.

Hazırlayan: Büşra Atkesen