탄소(Carbon)
탄소란?
대기 중에서는 기체상태인 이산화탄소로 존재하고 암석권에서는 탄산염, 그리고 물 속에서는 탄산이온의 형태로 존재한다. 유기 화합물의 주요 성분이며, 생물체의 몸을 이루는 중요 구성 원소로 자연계에서 각종 경로를 통해 순환을 하고 있는 매우 중요한 원소이다. 탄소는 수소, 산소 또는 질소 등과 안정적으로 쉽게 공유결합을 할 수 있으며, 단일결합, 이중결합, 삼중결합이 가능하고 사슬형과 고리형의 구조도 형성할 수 있다. 이러한 탄소원자의 특성은 다양한 공유결합 배열이 가능하므로 수백만 종의 물질이 만들 수 있는 기본이 된다. 탄소는 융해가 어렵고 물과 알코올 등 모든 용제에 녹지 않으며, 고온에서 기체로 되는 성질이 있다. 또한 산, 염기와도 반응하지 않고 대단히 안정하며 공기 중에서 연소시키면 산소와 화합하여 이산화탄소가 된다.
다이아몬드는 무색 투명한 등축정계(等軸晶系)의 결정이며 굳기는 물질 중 가장 높다. 이른바 다이아몬드광택을 가지며 때로는 불순물 때문에 황·적·등·녹·청·흑색 등의 빛깔을 띤다. 공기를 차단하고 2000℃로 가열하면 흑연으로 변한다. 흑연은 금속광택을 가진 흑색, 육방정계(六方晶系)의 결정이다. 상당한 전도성을 나타낸다. 공기 중에서는 500∼600℃ 이상에서 착화하여 연소한다. 비결정성탄소는 흑색의 분말인데, 단 아주 미세한 흑연의 결정으로 이루어져 있으며 흑연의 불완전한 형태라고 할 수 있다. 입자는 다공성인데 그 크기나 모양이 다를 뿐이다. 코크스·목탄·수탄(獸炭) 등도 비결정성탄소에 속한다.
흑연[Graphite, 黑鉛]
흑연이란?
석묵이라고도 한다. 화학성분은 C이다. 거의 순수한 탄소로 이루어지며 다이아몬드와 동질이상(同質異像)이다. 인상·편상(片狀)의 결정을 이루지만, 대부분은 괴상·토상(土狀)으로 때로는 콩 모양인 경우도 있다. 굳기 1 이하, 비중 1.9∼2.3으로 연하며 지방 모양의 감촉이 있고, 편상의 것은 휜다. 흑색으로 불투명하고 금속광택을 가지며, 조흔색(條痕色)은 흑색이다. 모양에 따라 인상흑연(鱗狀黑鉛)과 토상흑연(土狀黑鉛)으로 나눈다.
인상흑연은 결정편암이나 편마암과 함께 산출되며, 흔히 그것에 수반되는 석회암 속에 산재한다. 토상흑연은 화강암·섬록암·유문암·편마암 등 속에 맥 또는 렌즈 모양을 이루고 산출되며, 접촉변질작용(接觸變質作用)에 의하여 석탄에서 변성하여 탄층과 수반하여 산출된다. 흑연의 영어 이름은 ‘쓴다’는 그리스어에서 유래한다. 흑연은 전기의 양도체(良導體)이며, 연필심·도가니·전기로·아크 등의 전극 등에 사용되며 활마재(滑磨材)로도 사용된다.
금속광택을 가진 탄소 동위원소의 하나. 육방측상 결정구조를 가지며 혹 또는 짙은 회색으로 경도는 1~2, 비중은 약 1.6이나 고밀도인 것은 2.3이며 비중이 높을수록 원자로 재료로 좋다. 매끄러운 감촉이 있으며 굽어지기 쉽다. 가공방향에 따라 결정에 이방성이 생기며 또한 다공성이고 흡습성·흡착성이 있고 성형품으로서 너무 큰 것을 만들 수 없다는 등의 결점이 있으나 원료가 저렴하므로 불순물이 적은 것은 감속재·반사재로 이용된다. 원자로용 재료로써는 감속재·반사재, 고온가스 노(爐) 노심 구조재 용도 등에 사용되며, 그 외에 고온특성과 저(低)Z원소 등의 특징 때문에 핵융합로용 재료로서도 유력한 재료로 고려되고 있다. 특히 천연산을 석묵(石墨)이라고 한다.
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