탄소의 동소체 품종은 무엇입니까?

탄소의 간략한 특성

탄소(C)는 원자번호 6번의 비금속으로 분류되는 원소입니다. 이것은 핵에 6개의 양성자를 가지고 있고 이온화되지 않은 형태의 전자는 같은 수를 가지고 있음을 의미합니다. 지각에서는 상대적으로 드물지만 다른 어떤 원소보다 많은 화합물을 형성합니다 . 그것은 모든 살아있는 유기체의 핵심 요소입니다. 그것은 단백질, 탄수화물 및 지방의 구조를 만듭니다. 대기 중에 이산화탄소(CO ₂ )의 형태로 존재하며, 이는 자연의 탄소 순환 단계 중 하나입니다.

동소체 탄소 품종은 무엇입니까?

탄소 원자로 구성된 구조는 많은 물리적 형태를 취할 수 있습니다. 이 현상을 동소 탄소 품종 이라고 합니다. 동소체는 많은 수의 금속 및 비금속에 영향을 미치는 현상입니다. 주어진 원소의 다른 종류가 동일한 물리적 상태에 존재할 때 발생하며 화학적 및 물리적 특성이 다릅니다 . 그들은 결정 또는 분자 구조를 가질 수 있으며 분자의 원자 수가 다릅니다. 자연에서 발생하는 가장 잘 알려진 동소 탄소 품종은 흑연과 다이아몬드 이며 색상, 구조 및 부드러움이 매우 다릅니다. 또한 과학자들은 실험실 조건에서 수십 가지의 추가 품종을 만들었습니다.

흑연 – 다재다능한 광물

일반적으로 연필과 관련된 흑연이 부드럽고 회흑색의 광물 이며 만졌을 때 기름기가 많고 더럽다는 것은 우연이 아닙니다. 또한 전기와 열의 우수한 전도체이며 물에 녹지 않으며 윤활 특성이 있습니다. 그것은 육각형과 삼각형의 두 가지 유형의 구조로 발생하며 원자는 평행 평면의 네트워크에서 함께 연결됩니다. 다른 탄소 동소체 와 마찬가지로 흑연은 고온에 강합니다. 전극 및 도가니, 내화 용기 및 내화 벽돌의 생산에 사용됩니다. 또한 윤활제, 부식 방지 도료 및 연마제의 생산에 사용됩니다. 흑연은 흑연 편암 및 결정 편암과 같은 변성암에서 자연적으로 발생합니다. 현재 최대 생산국은 중국이다. 상업적 목적으로 흑연은 질소 분위기에서 무연탄을 열분해하여 얻습니다.

다이아몬드 – 가장 귀중한 보석

다이아몬드와 흑연보다 두 가지 더 다른 탄소 동소체 를 찾는 것은 어렵습니다. 다이아몬드는 10포인트 모스 척도에서 10으로 평가되는 세계에서 가장 단단한 광물 입니다. 그것은 높은 광택과 부분 투명도를 가진 팔면체 또는 육면체 결정으로 발생합니다. 가장 귀중한 다이아몬드는 무색 이지만 오염으로 인해 노란색, 분홍색, 파란색 또는 갈색으로 변할 수도 있습니다. 그들은 전기를 전도하지 않지만 좋은 열 전도체입니다. 표면은 다른 다이아몬드로만 긁을 수 있지만 상대적으로 깨지기 쉽습니다. 천연 다이아몬드는 주로 전위에 의해 형성된 1차 킴벌라이트 및 부스러기 퇴적물에서 발생합니다. 최고급 보석은 주로 보석에 사용됩니다. 적절한 연마 후에 다이아몬드라고 불리며 국제 시장에서 아찔한 가격에 도달합니다. 품질이 낮은 다이아몬드와 합성에서 파생된 결정체도 중요한 산업 원료 입니다. 경도로 인해 블레이드, 드릴 및 연마재 생산에 사용됩니다. 다이아몬드는 또한 의료 및 과학 장비, 경도 시험기 및 열 전도성 페이스트의 요소를 생산하는 데 사용됩니다.

풀러렌, 즉 카본 블랙의 동소체

자연에서 풀러렌은 소량으로도 발견될 수 있습니다. 금속 광택이 있는 갈색 또는 검은색 반투명 고체입니다. 그들의 분자는 28개에서 1,500개까지 더 많은 양의 탄소 원자로 구성됩니다. 비교적 최근에 발견된 이 동소 탄소 품종은 다양한 구조로 구성되어 있습니다. "버키볼"이라고도 하는 결정을 형성하는 구형 C60 입자는 가장 내구성이 뛰어난 것으로 간주됩니다. 또한 풀러렌은 다층 형태(소위 나노버블 ) 또는 원통형(소위 나노튜브 )을 취할 수도 있습니다. 풀러렌은 화학적 활성이 낮고 물에 녹지 않습니다. 그들은 반도체 및 초전도 특성을 가지고 있습니다. 결과적으로 전자, 광학, 생물 의학 및 나노 기술 산업에서 널리 사용됩니다. 그들의 항산화 및 약리학적 잠재력은 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 구조와 생체 적합성으로 인해 약물 운반체 역할을 할 수 있습니다. 풀러렌은 주로 카본 블랙에서 얻습니다. 이를 위해 특정 유형의 분자를 분리할 수 있는 많은 용매가 사용됩니다. 또는 다른 탄소 동소체 (진공에서 레이저 빔으로 충격을 가한 흑연)에서 얻을 수 있습니다.

그래핀 – 2차원 탄소

가장 최근에 발견된 탄소 동소체 중 하나는 그래핀 입니다. 벌집 모양으로 배열된 단일 탄소 원자로 이루어진 평평한 구조입니다. 원자 1개 두께이기 때문에 일반적으로 2차원 물질로 간주됩니다. 그래핀은 열과 전기의 우수한 전도체입니다. 가장 큰 장점은 투명도와 매우 높은 전자 유속 (실리콘보다 훨씬 높음)도 포함합니다. 또한 그래핀은 매우 단단하고 신축성이 없습니다. 이러한 특성은 그래핀이 전자 산업 에서 실리콘 을 대체할 수 있음을 의미합니다. 현재와 미래의 응용 분야에는 고속 트랜지스터, 롤러블 터치스크린 디스플레이 및 에너지 저장용 배터리가 포함된 광전지 모듈 의 생산이 포함됩니다. 다른 탄소 동소체와 유사하게 그래핀은 의약품의 담체, 조직 공학의 원료, 심지어 종양 치료의 약제로도 사용될 수 있습니다. 그래핀은 다양한 방법으로 얻을 수 있습니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 방법은 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 탄화규소의 열분해입니다. 접착 테이프를 사용하여 탄소 원자 층을 분리하는 원래 방법은 때때로 실험실 목적으로 사용됩니다.

사이클로카본

그래핀보다 더 새로운 동소 탄소 종류를 사이클로카본이라고 합니다 . 18개의 탄소 원자로 이루어진 고리를 형성합니다. 그들 사이에는 단일 결합과 삼중 결합이 교대로 있습니다. 그래핀과 마찬가지로 사이클로카본은 두께가 원자 1개에 불과합니다. 그러나 첫 번째 추정치는 그것이 반도체임을 보여줍니다. 다른 속성은 아직 알려지지 않았습니다. 과학자들에 따르면, 고리에 다른 수의 원자를 가진 사이클로카본을 만드는 것이 가능할 것입니다. 그들의 잠재적인 용도는 전자 장치의 소형화를 포함합니다.

기타 동소 탄소 품종

탄소는 그 공통성에도 불구하고 여전히 가장 매혹적인 요소 중 하나입니다. 그 특성을 더 잘 활용하기 위한 연구가 계속 진행되고 있습니다. 탄소의 동소체 품종은 이 점에서 특히 유망해 보입니다. 지금까지 가상 고려 사항의 영역에 남아 있는 흥미로운 폴리머는 카빈 입니다. 이 이름은 다이아몬드보다 40배 더 강한 잠재적인 강도를 가진 탄소 원자로 구성된 사슬을 나타냅니다. 그러나 이 물질은 매우 불안정하여 지금까지 나노튜브 내부에서만 생산되어 왔다. 또 다른 유망한 동소체 탄소는 소위 Q-탄소 입니다. 탄소 원자가 3개의 리간드를 형성하는 3차원 구조를 가지고 있습니다. 그것의 가능한 응용 프로그램에는 리튬 배터리의 에너지 저장 개선이 포함됩니다. 또한 자기 특성을 지닌 다공성 결정 구조인 탄소 나노폼 도 알고 있습니다. 카본 블랙은 또한 탄소의 특정한 비정질 동소체입니다. 미래는 이러한 탄소 구조와 다른 독특한 탄소 구조가 어떻게 사용되는지 보여줄 것입니다. 세상에는 원소가 풍부하므로 기술의 발전이 자원의 안정이나 자연환경을 위협해서는 안 된다. 사실, 탄소의 동소체 품종이 에너지를 더 잘 관리하고 많은 산업 공정을 개선하는 데 도움이 될 가능성이 높습니다.