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탄소

탄소는 원자번호 6, 원소 기호 C인 화학 원소다. 주기율표에서 2주기, 14족, p 블록에 위치한다. 실온에서의 기준 상태는 고체이며 전자 배치는 [He] 2s2 2p2이다.

원자번호6

표준 원자량[12.0096, 12.0116]

족14

주기2

블록p

전자 배치[He] 2s2 2p2

전자 구조

화학적 성질을 결정하는 요인

14족 원소는 네 개의 원자가 전자를 가진다. 가벼운 원소에서는 공유 결합이 특히 중요하고, 족 아래로 내려갈수록 금속성이 증가한다.

탄소의 전자 배치 [He] 2s2 2p2는 결합에 참여하는 원자가 전자의 수와 에너지를 정한다. 실제 물질의 성질은 구조와 산화 상태에 따라 크게 달라진다.

화학적 형태

화합물, 이온과 물질

14족은 수소화물, 산화물, 할로젠화물과 다양한 공유 결합 화합물을 만든다. 탄소와 규소에서는 거대한 공유 결합 구조가 특히 중요하고, 무거운 원소에서는 금속성 결합의 비중이 커진다.

물리적 거동

상태와 상전이

실온에서의 기준 상태는 고체이다. 제시된 밀도는 1.821 g/cm³이다. 녹는점은 —, 끓는점은 —이다. 압력, 순도와 결정 구조에 따라 실제 측정되는 물리적 성질은 달라질 수 있다.

존재와 활용

탄소는 어디에서 발견되고 어떻게 쓰이는가

실제 활용에서 탄소는 생체 분자 · 흑연 · 다이아몬드 · 복합재료 같은 분야와 관련된다. 어떤 경우에는 원소 자체가 아니라 특정 화합물, 합금 또는 동위원소의 성질을 이용한다.

실제 활용

실제 사용 사례

생체 분자

탄소는 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산을 비롯한 수많은 생체 분자의 분자 골격을 만든다.

흑연

흑연형 탄소는 전기 전도성, 윤활성 또는 내열성이 필요한 곳에 사용된다.

다이아몬드

다이아몬드는 3차원 공유 결합 구조가 매우 단단해 연마재와 절삭 재료로 사용된다.

복합재료

탄소는 복합재료에서 낮은 질량과 강성, 강도, 내열성 같은 목표 특성을 함께 얻는 데 사용된다.

주기율표상의 위치

이웃 원소가 알려 주는 것

탄소는 2주기 14족에 있다. 여기 표시된 주변 원소에는 붕소, 질소, 알루미늄, 규소, 인 등이 있다. 이 위치 관계를 이용하면 원자 크기, 이온화 에너지와 결합 성향이 주기율표에서 어떻게 변하는지 비교할 수 있다.

참고 데이터

물리적·원자적 성질

분류다원자 비금속

실온에서의 상태고체

전자 껍질2 · 4

밀도1.821 g/cm³

녹는점—

끓는점—

폴링 전기음성도2.55

1차 이온화 에너지1 086 kJ/mol

전자 친화도121.8 kJ/mol

값은 해당되는 경우 원소 자체 또는 중성 원자를 기준으로 한다. 물리적 데이터는 동소체, 압력과 측정 조건에 따라 달라질 수 있다.

역사

발견과 확인

탄소는 현대 화학이 성립하기 훨씬 전부터 물질이나 광물의 형태로 알려져 있었다. 초기의 사용, 화학 원소로서의 확인, 그리고 원자번호에 따른 현대적 정의는 서로 다른 역사적 단계다.

동위원소와 원자량

동위원소 조성이 수치에 미치는 영향

표준 원자량은 [12.0096, 12.0116]의 범위로 제시된다. 자연 시료마다 동위원소 비율이 조금씩 달라질 수 있으므로 하나의 고정된 소수값만으로는 실제 변이를 나타내기 어렵다.

탄소는 적어도 하나의 안정 동위원소가 있다. 동위원소는 양성자 수가 같아 같은 원소이지만 중성자 수와 원자 질량이 서로 다르다.

안전

취급과 노출

탄소의 위험성은 화학적 형태, 노출량과 노출 경로에 따라 달라진다. 순수한 원소, 이온과 화합물은 생물학적·환경적 영향이 크게 다를 수 있으므로 실제 취급 물질의 안전 자료를 확인해야 한다.