탄소는 C의 화학적 상징을 가진 비금속 요소입니다. 우주에서 네 번째로 가장 풍부한 요소이며 지구상에서 15 번째로 가장 풍부한 요소입니다. 또한 산소 이후 인간에서 두 번째로 가장 풍부한 요소입니다. 화학 메이크업은 몇 가지 고유 한 탄소 특성으로 이어집니다.
탄소는 주기율표의 그룹 14에 속합니다. 원자 번호는 6이고 원자 무게는 12.011입니다. 탄소의 산화 상태는 -4에서 +4로 다양 할 수 있으며, 여기서 메탄 및 이황화 탄소와 같은 화합물에 +4가 존재하고 일산화탄소의 경우 +2가 존재합니다.
상이한 탄소 동반 프로의 물리적 특성은 배터리, 전자 및 나노 물질에 유용하게 만듭니다. 탄소는 또한“요소의 왕”이며, 거의 <강한 1 천만 개의 화합물을 형성합니다 유기, 무기 및 유기 금속 화합물을 포함한 현재까지.
탄소의 동위 원소는 방사성 탄소 연대 측정 (Carbon-14), 분자 구조 및 의학 연구 (Carbon-13)에 광범위하게 사용됩니다. 또한 탄소 섬유는 우수한 기계적 특성을 보여주고 항공 우주 및 토목 공학에서 인기가 있습니다.
탄소 동종
탄소는 다른 만화 형태 를 갖습니다 다양한 분자 구성 및 원자 구조. 탄소의 물리적 특성은 각각의 동종마다 크게 다릅니다. 가장 잘 알려진 탄소의 일부는 흑연, 다이아몬드 및 풀러렌을 포함합니다.
흑연은 가장 알려진 재료 중 하나이며 연필과 고체 윤활제로 사용됩니다. 또한 전기 도체가 우수하여 배터리와 태양 전지판에 유용합니다.
그래 핀은 단순히 벌집 격자에 배열 된 흑연의 원자 층 중 하나입니다. 그래 핀 층에서, 각각의 탄소 원자는 3 개의 다른 원자에 공유로 결합되어 4 번째 전자가 평면에서 이동할 수 없으므로 전기 전도성이있다.
.반대로 다이아몬드는 가장 어려운 자연 발생 물질이며 탄소의 독특한 특성 중 하나입니다. 그것은 흑연 밀도의 거의 두 배를 가지며, 각각의 탄소 원자는 자유 유동 전자가없는 4 개의 다른 4 개에 사면체로 결합된다. 따라서 다이아몬드는 전기 도체가 좋지 않습니다. 다이아몬드는도 불투명 한 흑연과 달리 외관이 분명합니다.
과학자들은 또한 Fullerenes, Carbon Nanofoams 및 기타와 같은 다른 동화 탄소를 합성했습니다. 그들은 특별한 특성을 가지고 있으며 nanomaterials 의 개화 영역을 구성합니다. . Fullerenes는 닫힌 케이지 (Buckyball) 또는 실린더 (탄소 나노 튜브) 형태의 중공 탄소 분자 그룹입니다.
c 60 Buckyball은 Harold Kroto, Richard Smalley 및 Robert Curl Jr.에 의해 발견되어 레이저를 사용하여 헬륨 대기에서 흑연 막대를 기화했습니다. 탄소 원자는 단일 및 이중 결합에 의해 함께 결합되어 축구 공 모양으로 12 개의 오각형 및 20 각형면을 형성합니다. 그들의 선구적인 노력은 그들에게 1996 년에 노벨상을 받았습니다.
길쭉한 버전의 Buckyballs 인 탄소 나노 튜브는 iijima sumio에 의해 확인되었습니다. 그들은 열과 전기의 우수한 도체이며 전자 제품에 유용합니다.
탄소 나노 튜브는 또한 인상적인 인장 강도를 보여주고 구조 물질 및 의학에 흥미로운 응용을 가지고 있습니다. 그러나 그러한 나노 물질의 통제 된 합성은 과학자들에게 큰 도전을 제기했다.
탄소의 화학 반응성
탄소는 지구상의 생명의 기초를 형성하며 수백만 개의 탄소 함유 화합물이 모든 생물의 18 %를 차지합니다. 그것은 다른 원자와 안정되고 공유 결합을 형성 할 수 있으며 강한 상호 연결 탄소-탄소 결합의 긴 사슬 또는 고리로 나타납니다. 이들은 지구상에 존재하는 탄소 화합물의 다양성과 복잡성에 기여합니다.
이 탄소 화합물 살아있는 유기체의 세포에서 발견되는 단백질, 탄수화물 및 DNA와 같은 유기 분자와 탄소 산화물과 같은 무기 화합물을 포함합니다. 유기 분자 연구는 유기 화학이라는 특수 분야를 구성합니다. 탄소는 또한 유기 금속 화합물로서 금속과 공유 결합을 형성 할 수있다. 헤모글로빈의 산소 결합 부위 인 철 포르피린은 그러한 예입니다.
본질적으로 풍부함에도 불구하고, 탄소는 정상적인 조건에서 상대적으로 반응하지 않습니다. 표준 온도에서는 산 (황산 또는 염산) 또는 알칼리에 대해 반응하지 않습니다. 또한이 온도에서 산화에 안정적입니다. 그러나, 더 높은 온도에서, 탄소는 산소와 반응하여 탄소 산화물을 형성 할 수있다 (Co 2 및 CO), 황 가스가 이황화 탄소를 형성하고 실리콘을 형성하여 탄화물을 형성합니다.
탄소의 동위 원소
탄소 -12 (천연 탄소의 98.93 %)와 Carbon-13 (1.07 %)은 2 개의 안정적인 동위 원소입니다. Carbon-14는 5,730 년의 반감기를 가진 가장 긴 수명 동위 원소입니다. 가장 짧은 수명 탄소 동위 원소는 Carbon-8이며 반감기는 1.98739 x 10 초입니다.
동위 원소 카본 -14는
탄소 -14는 질소 -14가 우주 방사선으로부터 중성자와 반응 하여이 과정에서 양성자를 방출 할 때 형성된다. 그런 다음 탄소 -14는 산소와 반응하여 Co
7 n + 0 n ------------->
살아있는 유기체가 이산화탄소를 전환 할 때 탄소 사이클이 시작됩니다 (Co 2 및 Co 2 대기에서) 광합성에 의해 유기 화합물로, 호흡에 의해 대기로 다시 방출됩니다. 이 평형에는 Co
6 C ------------->
죽은 표본에서 탄소 -14의 상대 비율을 측정하면 사망 후 경과 한 시간을 계산할 수 있습니다. 이 방사성 탄소 데이트 방법은 화석과 고고 학적 표본과 500 ~ 50,000 년의 시편과 널리 사용되었습니다.
Carbon-13은 많은 응용 분야에서 광범위하게 사용되는 또 다른 동위 원소입니다. 예를 들어, 유기 화합물의 분자 구조를 결정하기 위해 핵 자기 공명 (NMR)에 사용된다. 또한 의료 연구를위한 질량 분석기와 함께 라벨링 도구로도 사용됩니다.
탄소 섬유의 기계적 특성
탄소는 또한 물리적, 화학 및 핵 특성 이외의 유용한 기계적 특성을 나타냅니다.
합금 을 형성 할 수 있습니다 탄소 함량이 0.05 ~ 2 %로 스틸로 강철을 사용합니다. 중간 탄소강 (0.3-0.6 % 탄소)은 균형 잡힌 강도와 연성뿐만 아니라 탁월한 인장 강도를 가지고 있습니다. 열처리 과정을 통해 초고 탄소강 (1.25-2 % 탄소)을 강화하여 강화하고 칼 제조에 사용될 수 있습니다.
주로 탄소 원자로 구성된 5 ~ 10 μm 두께의 섬유 인 탄소 섬유는 높은 강성, 인장 강도, 화학 저항, 온도 내성 및 낮은 중량 및 열 팽창을 나타냅니다. 강철의 항복 강도는 등급에 따라 다르며 가일 강은 247 MPa의 항복 강도를 갖습니다. 탄소 섬유는 1,600 ~ 6,370 MPa 범위의 인장 강도를 가지므로 항공 우주, 토목 공학 및 스포츠 분야에서 인기가 있습니다.
재료에 스트레스가 가해지면 처음에는 탄성으로 변형됩니다. 이 단계에서는 응력이 제거되면 원래 모양으로 돌아갈 수 있습니다. 항복 강도 재료가 영구적 인 변형없이 견딜 수있는 응력으로 정의됩니다.
더 이상 원래 치수로 돌아갈 수없는 지점 (상단 포인트 포인트)에 도달하면 영구적이고 돌이킬 수없는 플라스틱 변형을 겪습니다. 인장 강도는 재료가 실패하거나 파손되지 않고 견딜 수있는 최대 강도입니다.
