탄소[Carbon, 炭素 ]

주기율표 14족에 2주기에 속하는 원소로 원소기호는 C, 원자량은 12.0107g/mol, 승화점은 3642℃, 밀도는 흑연이 2.267g/cm3 , 다이아몬드가 3.515g/cm3 이다. 동소체로 비결정성 탄소, 결정성인 흑연, 다이아몬드가 있다. 수소, 산소 또는 질소 등과 공유결합을 안정적으로 쉽게 형성할 수 있어 생체분자의 기본요소로 사용되며 석탄과 석유의 주성분이다.

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.