탄소: 두 판 사이의 차이

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탄소는 [[지구 지각 내 원소 함량|지각을 구성하는 원소]]들 중에 15번째로 풍부하며, 우주에서 [[수소]], [[헬륨]], [[산소]] 다음인 [[원소 존재 비율|4번째로 풍부한 원소]]이다. 이렇게 탄소는 풍부하며, 탄소 화합물로서 다양한 유기 화합물을 구성할 수도 있고, 상온 상태에서 [[중합체]]를 형성할 수도 있기 때문에 우리 삶은 탄소와 밀접한 관련이 있다. 예로서 탄소는 우리 몸에서 [[산소]] 다음인 두 번째로 풍부한 원소(18.5%)이다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.daviddarling.info/encyclopedia/E/elbio.html|제목=Biological Abundance of Elements|저자=The Internet Encyclopedia of Science|날짜=2008-10-09}}</ref>
 
탄소는 [[흑연]], [[다이아몬드]], [[비정질 탄소]] 같은 다양한 [[동소체]]를 가지고 있다.<ref name="therm prop">{{웹 인용|url=http://invsee.asu.edu/nmodules/Carbonmod/point.html|제목=World of Carbon&nbsp;– Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)|날짜=2008-10-09|확인날짜=2017-08-02|보존url=https://web.archive.org/web/20081005162616/http://invsee.asu.edu/nmodules/Carbonmod/point.html|보존날짜=2008-10-05|깨진링크=예}}</ref> 탄소의 [[물리적 성질]]은 동소체에 따라 다르다. 예를 들면, [[흑연]]은 불투명한 검은색이지만 [[다이아몬드]]는 매우 [[투명]]하다. 흑연은 종이에다 이름을 적을 수 있을 정도로 연하지만 다이아몬드는 천연물 중에서는 가장 단단한 물질이다. 흑연은 좋은 [[전기 전도체]]이지만
다이아몬드는 [[전기 전도도]]가 낮다. 일반적으로 다이아몬드, [[탄소 나노 튜브]], 흑연은 지금까지 알려진 모든 물질 중에서 가장 높은 [[열전도율]]이 가장 가진다높다. 모든 [[탄소 동소체]]들은 상온에서 [[고체]]이며, 흑연은 [[열역학적 평형|열역학으로 가장 안정한]] 구조이다. 또한 화학적 저항력이 강하며, 반응성이 큰 산소와 반응할 때도 고온이 필요하다.
 
무기화합물에서 탄소의 [[산화수]]는 일반적으로 +4이다. 다만 예외적으로 [[일산화 탄소]]와 [[전이금속]] [[카보닐]] 복합체는 산화수가복합체에서는 +2이다. 무기 탄소화합물은 대부분 [[석회암]], [[백운암 (암석)|백운암]], [[이산화 탄소]]가 대부분이지만이지만, [[석탄]], [[이탄]], [[석유]], [[메테인 하이드레이트]] 같은 유기적 침전물에도 상당히 많다많이 존재한다. 탄소는 다른 원소와 비교해서 수많은 [[화합물]]을 결합한다. 표준 조건 하에서 이론적으로 가능한 화합물은 지금까지 밝혀진 것만 거의 1천만 개 정도이다.<ref name=lanl>{{웹 인용|저자=Chemistry Operations|날짜=2003년 12월 15일|url=http://periodic.lanl.gov/elements/6.html|title=Carbon|출판사=Los Alamos National Laboratory|확인날짜=2008-10-09|보존url=https://web.archive.org/web/20080913063402/http://periodic.lanl.gov/elements/6.html |보존날짜=2008-09-13}}</ref> 그래서 탄소는 종종'원소의 제왕'이라고 불렸다.<ref>{{저널 인용|성=Deming |이름=Anna |날짜=2010 |제목=King of the elements? |url=http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-4484/21/30/300201/pdf |저널=Nanotechnology |권=21 |doi=10.1088/0957-4484/21/30/300201 |확인날짜=2016년 11월 15일}}</ref>
 
== 역사 ==
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== 특성 ==
[[파일:Carbon-phase-diagramp korean.svg|섬네일|left|260px|이론적으로 예상되는 탄소의 [[상평형 그림]]]]
[[탄소 동소체]]에는 부드러운 [[흑연]]과 가장 단단한 자연물인 [[다이아몬드]]가 있다. 탄소 원자는 같은 탄소 원자는 물론 다른 [[원자]]와 쉽게 [[화학 결합]]을 하며, 적합한 다가 원자와 안정된 다양한 공유 결합을 이룰 수 있다. 지금까지 발견된 [[화합물]]의 거의 대부분은대부분이 약 1천만 개로 추정되는 탄소 화합물이다.<ref name=lanl/> 탄소는 가장 높은 [[승화 (화학)|승화]]점을 가지고 있는 원소이다. [[삼중점]]은 10.8 ± 0.2&nbsp;MPa에 4,600 ± 300 K (~4,330&nbsp;°C or 7,820&nbsp;°F)으로 [[대기압]]에서 녹는점이 없고,<ref name=triple2/><ref name=triple3/> 3,900&nbsp;K의 승화점을 가진다.<ref name="triple">{{저널 인용|journal=Nature|volume=276|pages=695–696|date=1978|doi=10.1038/276695a0|title=The controversial carbon solid−liquid−vapour triple point|first=A.|last=Greenville Whittaker|issue=5689|bibcode=1978Natur.276..695W }}</ref><ref>{{뉴스 인용|url=http://lbruno.home.cern.ch/lbruno/documents/Bibliography/LHC_Note_78.pdf|title=On Graphite Transformations at High Temperature and Pressure Induced by Absorption of the LHC Beam|first=J. M.|last=Zazula|date=1997|accessdate=2009-06-06|publisher=CERN}}</ref> 흑연은 열역학적으로 안정하지만 결합에충격에 취약한 전이된비편재화된 파이π 결합 때문에 [[표준 온도 압력|표준 조건]]에서 다이아몬드보다 반응성이 훨씬 뛰어나다. 예를 들면, 표준 조건에서 높은 온도의 진한 [[질산]]은 흑연의 육각형 구조를 보존하는 대신 더 큰 구조를 분해하면서 흑연을 C<sub>6</sub>(CO<sub>2</sub>H)<sub>6</sub>의 [[멜리트산]]으로 산화시킨다.<ref name=Greenwood289>Greenwood and Earnshaw, pp. 289–292</ref>
 
탄소는 온도 {{convert|5800|K|C F}}의 탄소 아크로 승화한다. 따라서, 동소체꼴에어떤 상관없이동소체든지 탄소는 [[텅스텐]]과 [[레늄]] 같이같은 가장 높은 녹는점을 가진 금속의 녹는점에서도 고체 상태를 유지한다. 열역학적으로 [[산화·환원 반응|산화]]되기 쉬우나, 탄소는 [[철]]이나 [[구리]] 같이 표준 조건에서 약한 환원제로 작용하는 원소보다 산화에 더 효과적으로 저항한다.
녹는점에서도 고체 상태를 유지한다. 열역학적으로 [[산화·환원 반응|산화]]되기 쉬우나, 탄소는 [[철]]이나 [[구리]] 같이 표준 조건에서 약한 환원제로 작용하는 원소보다 산화에 더 효과적으로 저항한다.
 
탄소는 여섯 번째 원소로, 바닥 상태 [[전자 배열]]은 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>이며 [[원자가 전자]]는 4개이다. 1~4차 이온화 에너지는
1086.5, 2352.6, 4620.5, 6222.7&nbsp;kJ/mol로 3~7족의 같은 14족 원소보다 크다. 탄소의 전기음성도는 2.5로, 마찬가지로 같은 14족 원소(1.8~1.9)보다 훨씬 크지만 대부분의 인근 비금속과 2~3주기의 [[전이 금속]]과 가까운 수치다. 탄소의 [[공유 반지름]]은 배위수와 결합한 원자에 따라 다양하지만 평균적으로 77.2&nbsp;pm (C–C), 66.7&nbsp;pm (C=C), 60.3&nbsp;pm (C≡C)이다. 일반적으로 공유 반지름은 배위수가 낮을수록, 결합 차수가 높을 수록 감소한다.<ref name="Greenwood276">Greenwood and Earnshaw, pp. 276–8</ref>
 
탄소 화합물은 [[지구]]상 모든 생물들의 삶에 근본적으로근본적인 영향을 끼치며, [[CNO 순환|탄소-질소 순환]]은 태양과 여러 별들에 의해 만들어진 에너지를 제공해주는 역할을 한다. 다양한 화합물을 형성하지만 대체로 표준 조건에서는 상대적으로 반응성이 낮다. [[표준 온도 압력]]에서 매우 강한 [[산화제]]를 제외하고는 반응성이 낮다. [[황산]], [[염산]], [[염소(원소)|염소]], 그리고 다른 [[알칼리 금속]]과 반응하지 않는다. 고온에서 탄소는 [[산소]]와 반응하여 [[일산화 탄소]]를 형성하며, 금속 산화물을 환원시킨다. 이 [[발열 반응]]은 제철 산업에서 철을 [[제련]]하고 [[강철]]의 탄소 함량을 조절하기 위해 다음과 같이 쓰인다.
역할을 한다. 다양한 화합물을 형성하지만 대체로 표준 조건에서는 상대적으로 반응성이 낮다. [[표준 온도 압력]]에서 매우 강한 [[산화제]]를 제외하고는 반응성이 낮다. [[황산]], [[염산]], [[염소(원소)|염소]], 그리고 다른 [[알칼리 금속]]과 반응하지 않는다. 고온에서 탄소는 [[산소]]와 반응하여 [[일산화 탄소]]를 형성하며, 금속 산화물을 환원시킨다. 이 [[발열 반응]]은 제철 산업에서 철을 [[제련]]하고 [[강철]]의 탄소 함량을 조절하기 위해 다음과 같이 쓰인다.
 
:{{chem|Fe|3|O|4}} + 4 C{{sub|(s)}} → 3 Fe{{sub|(s)}} + 4 CO{{sub|(g)}}