탄소(C)의 어원, 특성, 활용

프로젝트/화학 원소 기호

by 박카일 2023. 6. 11. 20:02

탄소는 원자번호 6번의 원소이며 2주기 14족 의 원소입니다.

원소기호는 C로 Carbo(숯:라틴어)의 첫글자인 C에서 가져왔습니다.

여기서 탄소의 영어 표기인 Carbon이 유래되었습니다.

1772년 라부라지에, 1814년 데이비가 흑연과 다이아몬드를 이용한 실험을 통해

두 물질이 동소체(같은 원소, 다른 구조를 가지는 물질)이고

그것을 이루는 물질이 탄소임을 알아내었습니다.

탄소는 다음과 같은 기본적인 특성을 가지고 있습니다.

원자량: 12.01g/mol

밀도: 비결정질(숯)- 2.0g/cm3, 흑연- 2.27g/cm3, 다이아몬드- 3.52g/cm3

녹는점: (승화점: '고체->기체'가 되는 온도) 3640℃

끓는점: (삼중점: 고체,액체,기체가 공존하는 온도) 4300℃[107기압]

상온 상태: 고체

전기음성도: 2.55

탄소의 가장 대표적은 특징으로는 최외각 전자를 4개를 가지기 때문에 공유결합이 잘 일어납니다.

따라서 다양하고 복잡한 연결을 하여 많은 화합물을 만듭니다.

워낙 탄소와 결합한 화합물이 많기 때문에 유기화학(탄소가 포함된 화합)과

무기화학(탄소가 포함되지 않은 화합)로 구분하여 연구합니다.

탄소는 일상생활에 다양한 화합물의 형태로 존재하고 그 범위가 너무 방대합니다.

따라서 우리에게 익숙한 탄소 동소체를 소개해드리겠습니다.

대표적인 탄소 동소체로는 목탄(숯), 흑연, 다이아몬드, 탄소나노튜브가 있습니다.

숯은 대표적인 비결정질 탄소 로, 일정한 구조를 가지지 않고 뭉쳐진듯이 탄소가 결합합니다.

숯은 일상 생활에서 목탄의 형태로 미술분야에서 많이 활용됩니다.

흑연은 육각형 모양으로 결합한 탄소들이 층을 이루는 층상구조로 이루어져있습니다.

층상구조때문에 전자가 육각형 구조면에서 다른 면으로 쉽게 이동하지만

층에서 다른 층으로는 쉽게 이동하지 못합니다.

전자가 방향에 따라 이동이 달라지는 이러한 성질을 '이방성(anisotropic)'이라고 합니다.

이러한 흑연은 샤프심, 전기분해용 전극, 원자로 감속제 등에 활용 됩니다.

다이아몬드는 탄소 1개에 3개가 결합한 정사면체 구조를 하고 있습니다.

정사면체 구조는 층상구조보다 높은 밀도와 강도, 경도를 가집니다.

최근에는 기술의 발전으로 인공(인조) 다이아몬드의 제작이 가능합니다.

인공(인조) 다이아몬드는 흑연을 45,000기압, 1,100℃의 환경에 두면 생산됩니다.

이러한 다이아몬드는 보석, 연마제, 코팅 등에 활용 됩니다.

탄소나노튜브는 최근 주목받고 있는 탄소 동소체입니다.

흑연의 단일 원자층(그라핀:Graphene)을 튜브형태로 감싸고 양쪽면을 오각형으로 이루어진

탄소층으로 막은 구조입니다. ('죽부인'의 구조라고 생각하시면 편합니다.)

탄소나노튜브는 강도는 철강보다 20배 강하고, 열/전기 전도성이 좋기 때문에

다양한 분야에 활용될것이라고 예측하고 있습니다.

하지만 제작과정이 복잡하고 비용이 많이 생김으로 아직까지 상용화에는 무리가 있습니다.

이러한 동소체 말고 버키볼(Buckyball)등 제작과정에 따라 다앙햔 동소체가 있으며

현재도 여러 탄소동소체들이 개발되는 중입니다.

제작과정에 따라 다양한 탄소 동소체(왼쪽부터 버키볼, 탄소나노튜브, 흑연)

<사진 출처>

숯: https://kr.123rf.com/photo_40457995_%EC%88%AF%EC%9D%80-%ED%9D%B0%EC%83%89-%EB%B0%B0%EA%B2%BD%EC%97%90-%EA%B3%A0%EB%A6%BD.html

흑연,다이아몬드 구조: https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=110404&docId=164900525

탄소 원자구조: https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1152188&cid=40942&categoryId=32266

이재삼 작가- 달빛 녹취록: https://www.ajunews.com/amp/20150204164054141

흑연 원자구조: https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1524122&cid=47341&categoryId=47341

다이아몬드: https://www.alliancegem.co.kr/single-post/2016/08/09/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%95%84%EB%AA%AC%EB%93%9C-%EA%B0%80%EC%B9%98-4c

탄소나노튜브: https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=4752459&memberNo=17228121

탄소 동소체: https://blog.naver.com/rhkdghz2/220470784690

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