탄소

탄소(Carbon)

천연에 널리 분포되어 있지만 특별히 풍부하지는 않다(지각의 0.2％를 차지하고 있음). 그러나 탄소 화합물은 다른 모든 원소로 이루어진 화합물의 수보다도 많다. 1961년에 탄소-12(¹²C)는 산소 대신에 다른 모든 원소의 원자량을 측정하는 표준이 되었다. 방사성 동위원소 ¹⁴C는 방사성 탄소 연대측정과 방사성표로 쓰인다(→ 카본-12, 카본-14).

탄소원소는 각각 물리적 특성이 다른 몇 가지 형태로 존재한다.

흑연과 다이아몬드

이중 두 형태인 다이아몬드와 흑연은 결정구조나 원자 배열구조가 같지 않기 때문에 물리적 성질이 다르다. 다른 형태는 카본 블랙으로 숯·유연(油煙)·석탄·코크스가 여기에 속한다.

X선 분석에 의하면 이들은 결정도가 낮으며, 무정형 구조를 갖는 물질이다. 다이아몬드와 흑연은 합성할 수 있으며, 화학적으로 비활성이지만 고온에서는 무정형 탄소처럼 산소와 결합한다. 최근에는 풀러린(C₆₀)이라는 새로운 형태의 탄소에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

가장 단단한 화합물로 알려져 있는 순수한 다이아몬드는 무색의 투명한 물질로 전기전도도가 낮은 반면 흑연은 연하고 반들반들한 고체로 열전도도와 전기전도도가 좋다. 다이아몬드는 아름답기 때문에 보석으로 이용되며, 또한 단단하기 때문에 절삭·연마·구멍뚫기의 연마제로 쓰인다. 흑연은 페인트에서 윤활유로 쓰이며, 점토와 혼합하여 연필심으로 쓰인다.

흑연은 전기를 전도하며 녹지 않기 때문에 전기로와 건전지의 전극, 그리고 금속을 녹이는 데 필요한 도가니를 만드는 데 쓰인다.

무정형 탄소는 독특한 성질을 가지고 있으므로 특별한 용도로 쓰인다. 이들 모두는 유기화합물이 산화되거나 분해되어 생기는 물질이다. 석탄과 코크스는 연료로 널리 쓰인다.

숯은 흡수·여과제, 연료, 화약 제조에 쓰인다. 카본 블랙은 잉크, 먹지, 타자기용 리본, 페인트 등에 쓰이며, 카본 블랙을 타이어용 고무에 첨가하면 타이어가 닳아 해지는 성질이 개선된다. 골탄(骨炭：동물성 탄)은 여러 가지 다른 물질로부터 기체와 색깔을 띤 물질을 흡수하는 능력이 있어 천연 설탕을 탈색시키는 데 주로 쓰인다.

Electron shell 006 Carbon

천연에 존재하는 탄소는 2개의 안정한 동위원소인 ¹²C(98.89％)와 ¹³C(1.11％)으로 이루어져 있다. 또한 5개의 방사성 동위원소가 알려져 있는데, 이중 수명이 가장 긴 원소는 ¹⁴C로 반감기는 5,730±40년이다(→ 카본-13).