Sonsuz birləşmə qura bilən həyati element: Karbon


Diamond and coal mining

Dövri cədvəldə altıncı yerdə yerləşən karbon, qırmızı nəhəng adlandırılan böyük ulduzlarda hədsiz fövqəladə proses nəticəsində əmələ gəlir. Karbonun bu qədər fövqəladə şəkildə əmələ gəlməsini kəşf edən Fred Hoylun (Fred Hoyle); “fizika qanunları, ulduzlarda yaratdıqları nəticələrə baxılsa, şüurlu şəkildə nizamlanıblar” dediyinə də şahid olmuşduq.(1)

Karbonu araşdırdığımız vaxt, bu atomun təkcə əmələ gəlməsinin deyil, kimyəvi xüsusiyyətlərinin də tənzimləndiyi görərik.

Karbon təbiətdə saf halda iki müxtəlif formada mövcuddur, belə ki, qrafit və ya almaz olaraq. Amma etdiyi birləşmələr çox müxtəlif maddələr meydana gətirir. Hüceyrə membranından ağac qabığına, göz büllurundan maral buynuzlarına, yumurta ağından ilan zəhərinə qədər olduqca fərqli olan üzvi maddələrin hamısı karbon əsaslı birləşmələrdən ibarətdir. Karbon; hidrogen, oksigen və azot atomlarıyla müxtəlif həndəsi formalarda birləşərək, olduqca müxtəlif maddələr əmələ gətirir.

Karbon birləşmələrinin bəziləri yalnız bir neçə atomdan meydana gəldiyi halda, bəzilərində minlərlə hətta milyonlarla atom var. Təkcə karbon atomları bu qədər uzun və daimi birləşmələr əmələ gətirirlər. Devid Berninin (David Burnie) “life” adlı kitabında qeyd olunduğu kimi; “karbon, çox qeyri-adi bir elementdir… Karbon və onun bu qeyri-adi xüsusiyyətləri olmasaydı, dünyada həyatın yaranması qeyri-mümkün olardı”.(2)

İngilis kimyagər Nevil Sicvik (Nevil Sidgwick), “Chemical elements and their compounds” (“Kimyəvi elementlər və birləşmələr”) başlıqlı kitabında karbon haqqında bunları yazır:

“Karbon edə bildiyi birləşmələrin sayı və müxtəlifliyi cəhətdən, digər elementlərdən tamamilə fərqlənən özünəxüsusi quruluşdadır. İndiyə qədər karbonun yarım milyondan çox müxtəlif birləşməsi ayırd edilmiş və adlandırılmışdır. Lakin bu belə karbonun gücü haqqında çox qeyri-kafi məlumat verir, çünki karbon bütün canlı maddələrin bünövrəsini meydana gətirir”.(3)

Həyatın karbon əvəzinə başqa bir elementə əsaslanması isə, fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərdən ötrü qeyri-mümkündür. Bir vaxtlar karbona alternativ olaraq ortaya atılan silisiumun etibarsız namizəd olduğu isə, hazırda məlum olmuşdur. Sicvik (Sidgwick); “həyatın təməli olaraq, silisiumun karbonun yerini tutacağı bir dünya, düşüncəsinin qeyri-mümkün olduğundan artıq əmin olacaq qədər məlumata sahibik” deyirdi.(4)

Kovalent rabitələr

Karbon, üzvi birləşmələri yaratmaq üçün, başqa atomlarla birləşdiyi vaxt, atomlar arasında yaradılan rabitə “kovalent rabitə” adlandırılır. Kovalent rabitə, iki atomun elektronlarına bölüşmələri ilə yaradılır.

Elektronlar atom nüvələrinin ətrafında müəyyən orbitlərdə yerləşirlər. Nüvəyə ən yaxın orbitdə yalnız iki elektron yerləşə bilər. Növbəti orbit səkkiz elektron qəbul edər. Daha sonrakı 18 elektron qəbul edər və bu beləcə davam edər. Maraqlı budur ki, atomlar, orbitlərindəki elektron saylarını tamamlamağa çalışırlar. Məsələn, ikinci orbitində 6 elektron olan oksigen, bu orbitə iki elektron da əlavə edib sayı 8-ə çatdırmaq istəyər. Atomlar niyə belə etməyə çalışdıqları sualını cavablandırmaq mümkün olmur, lakin bu olmasa, canlı orqanizmlərin mövcud ola bilməyəcəyi aydındır.

Kovalent rabitələr, atomların bu “orbit tamamlama” istəyi sayəsində yaradılır. Hər ikisi də, yəni orbitlərini tamamlamaq istəyən iki fərqli atom, elektronlarını bölüşərək bu tamamlama prosesini həyata keçirir. Məsələn, suyu (H2O) meydana gətirən iki hidrogen və bir oksigen atomu, kovalent rabitə yaradarlar. Oksigen, iki hidrogendəki bir elektronu bölüşərək ikinci orbitindəki elektron sayını 8-ə çatdırar. Hidrogenlərin hər biri də, oksigenin elektronlarından birini alaraq öz orbitlərindəki elektron sayını ikiyə tamamlayar.

Karbon da məhz bu cür kovalent rabitələr yaradaraq çox müxtəlif maddələr əmələ gətirər. Metan, bunlardan biridir. Metan, dörd ayrı hidrogen atomunun karbonla kovalent rabitə yaratması sayəsində meydana gələr. Karbonun atom sayı (6) oksigenin atom sayından (8) iki vahid az olduğu üçün, karbon iki əvəzinə dörd hidrogenlə rabitə yaradar.

Lakin karbon, başda ifadə etdiyimiz kimi, çox sayda rabitələr yaradar. Karbonun təkcə hidrogenlə yaratdığı müxtəlif rabitələr“hidrokarbonatlar” kimi tanınan böyük qrupu meydana gətirər. Bu böyük qrup daxilində isə, təbii qaz, maye neft, neft, kerosin və maşın yağları var. Etilen və propilen kimi tanınan hidrokarbonatlar isə, neft-kimya sənayesinin əsasıdır. Başqa karbohidrogenlər benzol, toluol və skipidar kimi birləşmələr meydana gətirər. Pal-paltarımızı güvələrdən qorumaq üçün şkaflara qoyduğumuz naftalin isə, digər bir hidrokarbonatdır. Xlor və ya flüorla birləşən hidrokarbonatlar isə, anesteziya maddələri, yanğın söndürücülər və soyuducularda istifadə edilən freon kimi fərqli maddələr əmələ gətirirlər.

Karbonun, hidrogen və oksigenlə yaratdığı kovalent rabitələr isə, çox sayda müxtəlif maddələr əmələ gətirər. Bunlar arasında etanol və propanol kimi spirtlər, aldehidler, ketonlar və yağ turşuları var. Eləcə də, karbon, hidrogen və oksigen birləşmələrindən meydana gələn çox mühüm iki maddə isə, yediyimiz qidalardakı enerjini təmin edən qlükoza və fruktozadır. Ağacın sərt maddəsini və kağızın xammaddəsini meydana gətirən sellüloza, bal mumu, sirkə və qarışqa turşusu kimi maddələrin hər biri, yenə karbonun hidrogen və oksigenlə yaratdığı kovalent rabitələr sayəsində meydana gəlir.

Karbon; hidrogen, oksigen və azot atomları ilə rabitələr yaratdıqda isə, bu dəfə də, yenə çox əhəmiyyətli birləşmələr əmələ gələr. Bu birləşmələrin başında, bədənimizin təməl elementi olan zülalları əmələ gətirən amin turşuları gəlir. DNT-ni meydana gətirən nükleotidlər də, yenə karbon, hidrogen, oksigen və azot birləşməsindən meydana gələn molekullardır.

Bir sözlə, karbon atomunun yaratdığı kovalent rabitələr, həyatın mövcud ola bilməsi üçün, mütləq lazım gələn şərtlərdən biridir. Karbon; oksigen, azot və hidrogenlə kovalent rabitələr yaratmasa, həyatdan bəhs etmək qeyri-mümkün olar.

Karbonun bu rabitələri yarada bilməsini təmin edən şey isə, onun, kimyaçıların  “metastabil” adlandırdıqları xüsusiyyətindən irəli gəlir. Tanınmış biokimyaçı C.B.S. Holdeyn (J.B.S Holdane), bu xüsusiyyəti belə açıqlayır:

“Bir molekulun metastabil olması, onun, müəyyən çevrilmə vaxtı, sərbəst enerji yarada bilməsi, lakin istilik, radiasiya və ya müəyyən katalizatorla birləşmə vəziyyətlərini çıxmaq şərtilə sabit vəziyyətdə qala bilməsi deməkdir”.(5)

Bu texniki tərif, karbon atomunun çox özünəməxsus quruluşa sahib olduğu deməkdir. Bu xüsusi quruluş sayəsində karbon əsasən çox asanlıqla kovalent rabitə yarada bilir.

Lakin burada çox maraqlı bir xüsus var. Karbonun həyat üçün zəruri olan “metastabil” xüsusiyyəti, yalnız çox kiçik temperatur intervalı üçün qüvvədədir. Temperatur 100⁰ C-ni keçdikdə, karbon birləşmələri olduqca qeyri-stabil hal alır.

Bunu hamımız gündəlik həyatımızda müşahidə edərik. Əti bişirərkən etdiyimiz şey, əslində karbon birləşmələrinin quruluşunu dəyişdirməkdir. Lakin mühüm bir xüsusa diqqət yetirilməlidir; bişən ət, artıq tamamilə “ölü” vəziyyətə gəlir, yəni canlı orqanizmlərdə istifadə olunan quruluşundan fərqlənməyə başlayır. Necə ki, əksər karbon birləşmələri 100⁰ C-dən yüksək temperaturda korlanırlar. Vitaminlərin böyük hissəsi dərhal parçalanır. Şəkərlər eyni şəkildə quruluş dəyişikliyinə məruz qalır və qida dəyərlərini itirirlər. Bir qədər də yüksək temperaturda, məsələn, 150⁰ C-də, karbon birləşmələri yanmağa başlayır.

Yəni karbon birləşmələrinin kovalent rabitələr yaradıb bu rabitələri daimi qoruya biləcəkləri temperatur intervalının yuxarı sərhədi, 100⁰ C-ni keçməz. Aşağı sərhəd isə 0⁰ C-dir. 0⁰ C-dən aşağı temperaturda isə, üzvi kimyanın varlığı qeyri-mümkün olur.

Lakin digər birləşmələr belə deyil. Qeyri-üzvi maddələrin əksəriyyəti temperatur dəyişmələrindən bu şəkildə təsirlənmirlər. Bunu görmək üçün bir parça ətlə yanaşı, bir qədər metal, şüşə və ya daş qoyub bu qarışığı qızdıra bilərsiniz. İstilik artdıqca ətin quruluşunu dəyişdirdiyini, qarardığını və sonunda siə, yandığını görəcəksiniz. Lakin metal, şüşə və ya daş üçün, istiliyi yüzlərlə dərəcə artırsanız da, onlara heç nə olmaz.

Diqqət edirsinizsə, karbon birləşmələrinin kovalent rabitələri yaratmaq və qorumaq üçün ehtiyac duyduqları temperatur intervalı, tam olaraq Yer kürəsində mövcud olan temperatur intervalıdır. Halbuki daha əvvəl də ifadə etdiyimiz kimi, kainatdakı temperatur göstəriciləri, ən isti ulduzlardakı milyardlarla dərəcəlik temperaturla, “mütləq sıfır” nöqtəsi olan -273,15⁰ C arasında dəyişə bilər. Lakin insan üçün yaradılmış yer kürəsi, tam olaraq həyatın təməl elementi olan karbon birləşmələrinin ehtiyac duyduğu kiçik temperatur intervalına malikdir.

Daha da diqqətçəkici xüsus isə, eyni temperatur intervalının suyun maye halında olduğu yeganə temperatur intervalı olmasıdır. Həyatın əsas şərtlərindən biri olan su, tam olaraq karbon birləşmələrinin ehtiyac duyduğu temperatura ehtiyac duyur. Belə bir uyğunluğu zəruri edən bir təbiət qanunu isə yoxdur. Bu, suyun, karbonun və yer kürəsinin xüsusiyyətlərinin bir-birlərinə uyğun şəkildə yaradıldığının əlamətidir.

Mənbələr:

1) Fred Hoyle, Religion and the Scientists, London: SCM, 1959; M. A. Corey, The Natural History of Creation, Maryland: University Press of America, 1995, səh. 341

2) David Burnie, Life, Eyewitess Science, London: Dorling Kindersley, 1996, səh. 8

3) Nevil V. Sidgwick, The Chemical Elements and Their Compounds, vol 1. Oxford: Oxford University Press, 1950, səh. 490

4) Nevil V. Sidgwick, The Chemical Elements and Their Compounds, vol 1., səh. 490

5) J. B. S. Haldane, “The Origin of Life”, New Biology, 1954, vol. 16, səh. 12

Bir cavab yazın

Sistemə daxil olmaq üçün məlumatlarınızı daxil edin və ya ikonlardan birinə tıklayın:

WordPress.com Loqosu

WordPress.com hesabınızdan istifadə edərək şərh edirsinz. Çıxış / Dəyişdir )

Twitter rəsmi

Twitter hesabınızdan istifadə edərək şərh edirsinz. Çıxış / Dəyişdir )

Facebook fotosu

Facebook hesabınızdan istifadə edərək şərh edirsinz. Çıxış / Dəyişdir )

Google+ foto

Google+ hesabınızdan istifadə edərək şərh edirsinz. Çıxış / Dəyişdir )

%s qoşulma