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카본

Carbon
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.기타 용도는 탄소(동음이의)를 참조하십시오.
"Element 6"은 여기서 리다이렉트 됩니다.회사에 대해서는 6번 요소를 참조하십시오.
카본, C
Graphite-and-diamond-with-scale.jpg
흑연(왼쪽)과 다이아몬드(오른쪽), 2개의 탄소 동소체
카본
동소체흑연, 다이아몬드 등(탄소 동소량 참조)
외모
  • 흑연: 검정, 금속 외관
  • 다이아몬드: 클리어
표준 원자량Ar°(C)
  • [12.0096, 12.0116]
  • 12.011±0.002(요약)[1]
주기율표의 탄소
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
–
↑
C
↓
시
붕소 ← 탄소 → 질소
원자 번호 (Z)6
그룹.그룹 14(탄소 그룹)
기간기간 2
블록 p블록
전자 구성[헤이] 2s2 2p2
셸당 전자 수2, 4
물리 속성
단계 STP에서단단한
승화점3915K(3642°C, 6588°F)
밀도 (근처)비정질: 1.8~2.1g/cm3[2]
흑연: 2.267g/cm3
다이아몬드: 3.515g/cm3
트리플 포인트4600K, 10,800kPa[3][4]
융해열흑연: 117 kJ/mol
몰 열용량흑연: 8.517 J/(mol·K)
다이아몬드: 6.155 J/(mol·K)
원자 특성
산화 상태-4, -3, -2, -1, 0, +1,[5] +2, +3, +[6]4[7](약산성 산화물)
전기 음성도폴링 스케일: 2.55
이온화 에너지
  • 첫 번째: 1,086.5 kJ/mol
  • 두 번째: 2352.6 kJ/mol
  • 3차: 4620.5kJ/mol
  • (더 보기)
공유 반지름sp: 오후 77시3
sp: 오후 73시2
sp: 오후 69시
반데르발스 반지름오후 17시
Color lines in a spectral range
탄소의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정 구조흑연: 심플 육각형
Simple hexagonal crystal structure for graphite: carbon

(검은색)
결정 구조다이아몬드: 얼굴 중심 다이아몬드 가공
Diamond cubic crystal structure for diamond: carbon

(클리어)
음속 얇은 막대기다이아몬드: 18,350 m/s (20 °C에서)
열팽창다이아몬드: 0.8 µm/(mkK) (25 °[8]C에서)
열전도율흑연: 119~165 W/(mµK)
다이아몬드: 900 ~2300 W/(mµK)
전기 저항률흑연: 7.837 Ω µm[9]
자기 순서반자성[10]
몰 자화율다이아몬드: -5.9×10cm−63/수직[11]
영률다이아몬드: 1050 GPa[8]
전단 계수다이아몬드: 478 GPa[8]
벌크 계수다이아몬드: 442 GPa[8]
포아송비다이아몬드[8]: 0.1
모스 경도흑연: 1 ~2
다이아몬드: 10
CAS 번호
  • 아토믹 카본: 7440-44-0
  • 흑연: 7782-42-5
  • 다이아몬드: 7782-40-3
역사
검출이집트인과[12] 수메르인 (기원전 3750년)
요소로 인식됨앙투안 라부아지에[13](1789)
탄소 주요 동위원소
이소토페 아부노댄스 반감기 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
11C. 동기 20분 β+ 11B.
12C. 98.9% 안정적인.
13C. 1.1% 안정적인.
14C. 추적하다 5730년 β− 14N
카테고리: 카본
레퍼런스

탄소(라틴어: carboal "석탄")는 화학 원소로 기호는 C이고 원자 번호는 6입니다.이것은 비금속성 및 4가의 화학 결합을 형성하기 위해 4개의 전자를 사용할 수 있게 합니다.그것은 [14]주기율표의 14족에 속한다.탄소는 지구 [15]지각의 약 0.025 퍼센트를 차지한다.세 가지 동위원소가 자연적으로 발생하며, C와 C는 안정적이며, C는 방사성 핵종으로 약 5,730년의 [16]반감기로 붕괴한다.탄소는 [17]고대부터 알려진 몇 안 되는 원소 중 하나이다.

탄소는 지구 지각에서 15번째로 풍부한 원소이며, 수소, 헬륨, 산소 다음으로 우주에서 네 번째로 많은 원소이다.탄소의 풍부함, 유기 화합물의 독특한 다양성, 그리고 지구에서 흔히 접할 수 있는 온도에서 고분자를 형성할 수 있는 특이한 능력은 이 원소가 알려진 모든 생명체의 공통 요소 역할을 할 수 있게 합니다.질량을 기준으로 인체에서 [18]산소 다음으로 많이 함유된 원소이다(약 18.5%)

탄소의 원자는 다양한 방법으로 결합할 수 있으며, 결과적으로 다양한 탄소 동소체를 생성한다.잘 알려진 동소체는 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소 그리고 플라렌을 포함한다.탄소의 물리적 특성은 동소성 형태에 따라 크게 다르다.예를 들어 흑연은 불투명하고 검은 반면 다이아몬드는 매우 투명합니다.흑연은 종이에 줄무늬를 형성할 수 있을 정도로 부드러운 반면, 다이아몬드는 알려진 것 중 가장 단단한 자연 발생 물질이다.흑연은 좋은 전기 전도체이지만 다이아몬드는 낮은 전기 전도율을 가지고 있다.정상 조건에서 다이아몬드, 카본 나노튜브, 그래핀은 알려진 모든 물질 중에서 가장 높은 열 전도율을 가집니다.모든 탄소 동소체는 정상 조건에서 고체이며, 흑연은 표준 온도와 압력에서 열역학적으로 가장 안정적인 형태입니다.이들은 화학적으로 내성이 있고 산소와 반응하기 위해 높은 온도를 필요로 한다.

무기 화합물에서 탄소의 가장 일반적인 산화 상태는 +4이며, +2는 일산화탄소 및 전이 금속 카르보닐 복합체에서 발견됩니다.무기 탄소의 가장 큰 원천은 암석, 돌로마이트, 이산화탄소이지만, 상당한 양이 석탄, 이탄, 기름, 메탄 포접물의 유기 퇴적물에서 발생합니다.탄소는 지금까지 [19]기술된 거의 천만 개의 화합물과 함께 다른 어떤 원소보다 많은 엄청난 양의 화합물을 형성하지만, 그럼에도 불구하고 표준 조건 하에서 이론적으로 가능한 화합물 수의 극히 일부에 불과합니다.이러한 이유로, 탄소는 종종 "[20]원소의 왕"으로 불리고 있습니다.

특성.

이론적으론, 1989년의 탄소의 위상도 예측했다.두개의 연구 결과 다이아몬드(1곡선)의 녹는 점에 대해 9000K위에 가지 않는다는 의미[21]

탄소의 동소체는 가장 부드러운 물질 중 하나인 흑연과 가장 단단한 자연 발생 물질인 다이아몬드를 포함한다.그것은 다른 탄소 원자를 포함한 다른 작은 원자와 쉽게 결합하고, 적절한 다가 원자와 여러 개의 안정적인 공유 결합을 형성할 수 있습니다.탄소는 거의 천만 개의 화합물을 형성하는 것으로 알려져 있는데, 이는 모든 [19]화합물의 대부분이다.탄소는 또한 모든 원소 중에서 가장 높은 승화점을 가지고 있다.대기압에서는 3중점이 10.8 ± 0.2메가파스칼(106.6 ± 2.0atm, 1,566 ± 29psi) 및 4,600 ± 300K(4,330 ± 300°C, 7,820 ± 540°F)[3][4]이므로 녹는점이 없습니다. 따라서 약 3,900K(3,605°C; 660°C)에서 승화합니다.흑연은 열역학적으로 더 안정적임에도 불구하고 표준 조건에서는 다이아몬드보다 훨씬 반응성이 높습니다. 왜냐하면 흑연의 비국소화 pi 시스템은 공격에 훨씬 더 취약하기 때문입니다.예를 들어 흑연은 표준 조건에서 고온 농축 질산에 의해 멜라이트산 C(COH2)6로6 산화될 수 있으며, 멜라이트산 C(COH)는 흑연의 육각형 단위를 보존하면서 큰 [24]구조를 분해합니다.

탄소 아크는 온도가 약 5800K(5,530°C 또는 9,980°F)인 카본 아크로 서브라이밍됩니다.따라서 동소성 형태에 관계없이 탄소는 텅스텐이나 레늄과 같은 녹는점이 가장 높은 금속보다 높은 온도에서 고체 상태를 유지합니다.열역학적으로 산화를 일으키기 쉽지만, 탄소는 상온에서 약한 환원제인 철이나 구리와 같은 원소보다 산화에 더 효과적으로 저항합니다.

탄소는 1s2s2p의222 기저 상태 전자 구성을 가진 여섯 번째 원소이며, 그 중 4개의 외부 전자는 원자가 전자이다.처음 4개의 이온화 에너지인 1086.5, 2352.6, 4620.5 및 6222.7 kJ/mol은 무거운 14족 원소보다 훨씬 높다.탄소의 전기음성도는 2.5로 무거운 14족 원소(1.8–1.9)보다 상당히 높지만, 인근 대부분의 비금속과 2열 및 3열 전이 금속에 가깝다.탄소의 공유가 반경은 일반적으로 77.2 pm(C-C), 66.7 pm(C=C), 60.3 pm(CcC)으로 측정되지만, 이들은 배위 수치와 탄소가 결합하는 대상에 따라 달라질 수 있다.일반적으로 공유 반지름은 배위수가 낮고 [25]결합순서가 높을수록 감소한다.

탄소 기반 화합물은 지구상의 알려진 모든 생명체의 기초를 형성하며, 탄소-질소 순환은 태양과 다른 별들에 의해 생성된 에너지의 일부를 제공한다.그것은 매우 다양한 화합물을 형성하지만, 대부분의 형태의 탄소는 정상 조건에서는 상대적으로 반응하지 않습니다.표준 온도와 압력에서 가장 강한 산화제를 제외한 모든 것에 저항합니다.황산, 염산, 염소 또는 어떤 알칼리와도 반응하지 않는다.고온에서 탄소는 산소와 반응하여 탄소 산화물을 형성하고 금속 산화물로부터 산소를 빼앗아 원소 금속을 남깁니다.이 발열 반응은 철을 용해하고 강철의 탄소 함량을 조절하기 위해 철강 산업에서 사용됩니다.

FeO
3
4 + 4 C(s) + 2
2 O → 3(s) Fe + 4 CO
2(g).

탄소는 황과 반응하여 이황화 탄소를 형성하고, 석탄 가스화에 사용되는 석탄 가스 반응에서 수증기와 반응합니다.

C(s) + HO2(g) → CO(g) + H2(g).

탄소는 고온에서 일부 금속과 결합하여 금속 탄화물을 형성합니다. 예를 들어 강철의 철 탄화물 시멘트 및 텅스텐 탄화물은 연마재로 널리 사용되며 절삭 공구의 단단한 팁을 만드는 데 사용됩니다.

탄소 동소체계는 다음과 같은 극단적인 범위에 걸쳐 있습니다.

흑연은 알려진 가장 부드러운 물질 중 하나이다. 합성 나노 결정 다이아몬드는 알려진 [26]것 중 가장 단단한 물질이다.
그래파이트는 매우 좋은 윤활제이며,[27] 초유성을 나타냅니다. 다이아몬드는 궁극의 연마재이다.
흑연은 [28]전기의 전도체이다. 다이아몬드는 뛰어난 전기 [29]절연체로 알려진 물질 중 가장 높은 파괴 전장을 가지고 있습니다.
일부 형태의 흑연(예: 방화 및 방열판)은 단열재로 사용되지만 다른 형태의 흑연은 우수한 열 전도체입니다. 다이아몬드는 자연적으로 발생하는 가장 잘 알려진 열전도체입니다.
흑연은 불투명하다. 다이아몬드는 매우 투명하다.
흑연은 육각계에서 [30]결정화된다. 다이아몬드는 입방정계에서 결정화된다.
비정질 탄소는 완전히 등방성이다. 탄소나노튜브는 알려진 가장 이방성 물질 중 하나이다.

동소체

주요 기사:탄소 동소체

원자 탄소는 매우 짧은 종이기 때문에, 탄소는 동소체라고 불리는 다양한 분자 구조를 가진 다양한 다원자 구조에서 안정화된다.비교적 잘 알려진 탄소 동소체 세 가지는 비정질 탄소, 흑연, 다이아몬드이다.한때 이국적인 것으로 여겨졌던 풀러렌은 오늘날 일반적으로 합성되어 연구에 사용된다; 그것들은 버키볼,[31][32] 탄소 나노튜브,[33][35][36] 탄소 나노버드와[34] 나노파이버를 포함한다.론스데일라이트,[37] 유리질 탄소,[38] 탄소 나노폼[39], 그리고 선형 아세틸렌 탄소(카빈)[40]와 같은 다른 외래 동소체들도 발견되었다.

그래핀은 원자가 육각형 격자로 배열된 2차원 탄소판이다.2009년 현재, 그래핀은 지금까지 [41]실험한 것 중 가장 강한 물질로 보인다.흑연과 그것을 분리하는 과정은 산업 [42]공정에서 경제적이 되기 전에 좀 더 많은 기술적 발전이 필요할 것이다.성공한다면 그래핀은 우주 엘리베이터 건설에 사용될 수 있을 것이다.그것은 또한 자동차의 [43]수소 기반 엔진에 사용할 수 있는 수소를 안전하게 저장하는 데 사용될 수 있다.

유리질 카본의 다량 샘플

비정질 형태는 결정성 매크로 구조에 유지되지 않는 비정질, 불규칙, 유리 상태의 탄소 원자의 집합입니다.분말로 존재하며, 숯, 램프블랙(두트), 활성탄과 같은 물질의 주성분입니다.정상 압력에서 탄소는 흑연의 형태를 취하며, 각 원자는 방향족 [44]탄화수소와 같이 용융된 육각형 링으로 구성된 평면에서 세 개의 다른 원자와 삼각 결합됩니다.결과적으로 발생하는 네트워크는 2차원이며, 결과적인 플랫 시트는 약한 반데르발스 힘을 통해 쌓이고 느슨하게 결합됩니다.그래파이트의 부드러움과 절단성(시트가 서로 미끄러지기 쉬움)을 얻을 수 있습니다.각 원자의 외부 전자 중 하나가 비국재화되어 γ-구름이 형성되기 때문에 흑연은 전기를 전도하지만 공유 결합 시트의 평면에서만 전도한다.따라서 탄소는 대부분의 금속보다 부피 전기 전도율이 낮아집니다.또한 비국재화는 상온에서 다이아몬드보다 흑연의 에너지 안정성에 대한 설명입니다.

탄소의 일부 동소체: a) 다이아몬드, b) 흑연, c) 론스데일라이트, d~f) 플라렌(C60, C540, C70), g) 비정질 탄소, h) 카본 나노튜브

매우 높은 압력에서, 탄소는 흑연의 거의 두 배 밀도를 가진 더 작은 동소체인 다이아몬드를 형성합니다.여기서 각 원자는 4개의 다른 원자와 사방정면으로 결합되어 원자의 주름진 6원환으로 이루어진 3차원 네트워크를 형성한다.다이아몬드는 실리콘, 게르마늄과 같은 입방체 구조로 탄소-탄소 결합의 강도로 인해 긁힘에 대한 저항성으로 측정되는 가장 단단한 자연발생 물질이다."원자는 영원하다"는 일반적인 믿음과는 달리, 정상 조건(298K, 10Pa5)에서는 열역학적으로 불안정하며(δGf°(다이아몬드, 298K) = 2.9kJ/mol[45]), 이론적으로 [46]흑연으로 변환되어야 한다.그러나 높은 활성화 에너지 장벽으로 인해, 흑연으로의 전환은 상온에서 너무 느려서 눈에 띄지 않습니다.하지만, 매우 높은 온도에서 다이아몬드는 흑연으로 변할 것이고, 다이아몬드는 주택 화재에서 타버릴 수 있다.탄소에 대한 위상 다이어그램의 왼쪽 하단 모서리는 실험적으로 정밀하게 조사되지 않았습니다.비록 컴퓨터를 이용한 연구 밀도 기능 이론 방법 이상을 고용하여 결론은 T→ 0K및 p→ 0Pa단위로, 다이아몬드 더 흑연보다 약 110kJ[47]더 명확한과 계산적 실험적 연구는 흑연이 다이아몬드보다 T<>400K은 안정적인 적용되지 않고 보여 주최근에 의해 안정적이 되었다. pressure, T = 0 K에서 2.7 kJ/mol, T = 298.15 [48]K에서 3.2 kJ/mol. 일부 조건에서는 모든 원자가 공유 결합하고 다이아몬드와 [37]유사한 특성을 가진 육각형 결정 격자인 론스데일라이트로 탄소가 결정화된다.

풀레렌은 흑연과 유사한 구조를 가진 합성 결정체 형성이지만, 평평한 육각형 세포만을 대신하여, 풀레렌이 형성되는 세포 중 일부는 펜타곤, 비평면 육각형 또는 탄소 원자의 헵타곤일 수 있습니다.따라서 시트는 구, 타원 또는 실린더로 휘어집니다.풀러렌(버키볼, 버키튜브 및 나노버드로 분할됨)의 특성은 아직 완전히 분석되지 않았으며 나노 물질에 대한 집중적인 연구 영역을 나타냅니다.플라렌과 버키볼이라는 이름은 플라렌의 구조를 닮은 지오데식 돔의 대중화자인 리차드 벅민스터 풀러의 이름을 따서 붙여졌다.버키볼은60 삼각 결합으로 완전히 탄소로 형성된 꽤 큰 [31]분자로 구상체를 형성합니다.탄소 나노튜브(버키튜브)는 각 원자가 중공 원통을 [32][33]형성하는 곡선 시트에서 삼각 결합되어 있다는 점을 제외하고는 버키볼과 구조적으로 유사합니다.나노버드는 2007년에 처음 보고되었으며, 하나의 구조로 [34]두 가지 특성을 결합한 하이브리드 버키튜브/버키볼 재료(버키볼은 나노튜브의 외벽에 공유 결합됨)이다.

빛나는 탄소 증기로 둘러싸인 혜성 C/2014년 2분기(러브조이)

발견된 다른 동소체 중 카본나노폼은 1997년에 발견된 강자성 동소체이다.그것은 느슨한 3차원 거미줄로 연결된 탄소 원자의 저밀도 클러스터 어셈블리로 구성되어 있으며, 원자는 6원환과 7원환으로 삼각 결합되어 있다.그것은 약 2 kg/[49]m의3 밀도로 알려진 가장 가벼운 고체 중 하나이다.마찬가지로, 유리 상태의 카본은 닫힌 다공성의 [38]높은 비율을 포함하고 있지만, 일반적인 흑연과 달리 흑연층은 책의 페이지처럼 쌓이지 않고 보다 랜덤하게 배열되어 있습니다.선형 아세틸렌카본은[40] 화학구조[40] -(C:::C)-n를 가지고 있으며, 이 변형에서 탄소는 sp 오비탈 교배와 선형이며, 단결합과 삼중결합이 번갈아 존재하는 중합체이다.이 카빈은 영률이 가장 단단한 물질인 [50]다이아몬드의 40배에 달하기 때문에 나노 기술에 상당한 관심을 가지고 있습니다.

2015년, 노스캐롤라이나 주립 대학의 한 팀은 비정질 탄소 분진에서 높은 에너지 저 지속 시간 레이저 펄스에 의해 만들어진 Q-카본이라고 불리는 또 다른 동소체를 개발했다고 발표했습니다.Q-탄소는 강자성, 형광, 다이아몬드보다 [51]뛰어난 경도를 보이는 것으로 보고되었다.

기상에서 탄소의 일부는 디카본(C
2) 형태이다.이 가스는 흥분하면 녹색으로 빛난다.

발생.

그래파이트 광석, 1페니로 표시
원다이아몬드 결정
"현재"(1990년대) 해수면 용존 무기 탄소 농도(GLODAP 기후학)

탄소는 수소, 헬륨, 산소 다음으로 질량이 많은 관측 가능한 우주에서 네 번째로 많은 화학 원소이다.탄소는 태양, 별, 혜성, 그리고 대부분의 [52]행성의 대기에 풍부합니다.일부 운석에는 태양계가 원시 행성계 [53]원반이었을 때 형성된 미세한 다이아몬드가 포함되어 있다.미세한 다이아몬드는 운석 충돌 지점의 [54]강한 압력과 고온에 의해 형성될 수도 있다.

2014년 NASA는 우주에서 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 추적하기 위해 대폭 업그레이드된 데이터베이스를 발표했습니다.우주에 존재하는 탄소의 20% 이상이 [55]PAHs, 산소가 없는 탄소와 수소의 복합 화합물과 관련이 있을 수 있습니다.이러한 화합물은 PAH 세계 가설에서 그것들이 생명체의 형성과 형성에 역할을 한다고 가정되어 있다.PAHs는 빅뱅 이후 "수십억 년" 형성되어 우주 전체에 퍼져 있으며 새로운 별과 외부 [52]행성과 연관되어 있습니다.

고체 지구 전체에는 730ppm의 탄소가 포함되어 있으며,[56] 중심부는 2000ppm, 맨틀과 지각은 120ppm으로 추정되고 있다.지구의 질량은 5.972×10kg이기24 때문에 이는 4억360만 기가톤의 탄소를 의미한다.이는 해양 또는 대기 중 탄소 양(아래)보다 훨씬 많은 양입니다.

이산화탄소의 산소와 결합하여, 탄소는 지구 대기에서 발견되며(각 ppm은 2.13 Gt에 해당) 모든 수역(약 36,000 기가톤)에 용해된다.생물권의 탄소는 550기가토넨으로 추정되지만, 대부분 육지 심층 표면 [57]박테리아 양의 엄청난 불확실성 때문에 불확실성이 크다.탄화수소(석탄, 석유, 천연가스 등)는 탄소를 함유하고 있다.석탄 "저장량" ("자원"이 아닌) 약 900 기가토네에 18,000 Gt의 [58]자원을 보유하고 있습니다.석유 매장량은 약 150기가톤이다.천연가스의 검증된 공급원은 약 175×10입방미터12(약 105기가톤의 탄소를 포함)이지만, 연구에 따르면 셰일 가스와 같은 "비범습적인" 퇴적물의 900×10입방미터는12 약 540기가톤의 [59]탄소를 나타내는 것으로 추정됩니다.

탄소는 또한 극지방과 바다 밑의 메탄 하이드레이트에서 발견됩니다.다양한 추정치에 따르면 이 탄소는 500, 2500 [60]Gt 또는 3,000 [61]Gt 사이입니다.

과거에는 탄화수소의 양이 더 많았다.한 소식통에 따르면, 1751년부터 2008년까지 약 347기가톤의 탄소가 [62]화석연료의 연소로부터 이산화탄소로 대기에 방출되었다.또 다른 소스는 1750년 이후 대기에 추가된 양을 879Gt, 대기, 바다, 육지(이탄 늪 등)로 보내는 총량을 약 2,000Gt로 [63]보고 있다.

탄소는 매우 큰 탄산암 덩어리(석회암, 돌로마이트, 대리석 등)의 구성 성분(질량 기준 약 12%)입니다.석탄은 탄소가 매우 풍부하며(무연탄은 92-98%[64]를 포함), 화석 [65]연료의 80%인 4,000기가토넨을 차지하는 가장 큰 상업적인 광물 탄소 공급원이다.

개별 탄소 동위원소에 대해서는 흑연이 미국(주로 뉴욕과 텍사스), 러시아, 멕시코, 그린란드, 인도에서 대량으로 발견된다.천연 다이아몬드는 고대 화산 "네크" 또는 "파이프"에서 발견된 암반 킴벌라이트에서 발생합니다.대부분의 다이아몬드 광상은 아프리카, 특히 남아프리카, 나미비아, 보츠와나, 콩고 공화국, 시에라리온에 있습니다.다이아몬드 퇴적물은 캐나다 아칸소, 러시아 북극, 브라질, 호주 북부와 서부에서도 발견되었다.다이아몬드 또한 현재 희망봉의 해저에서 회수되고 있다.다이아몬드는 자연적으로 발견되지만, 현재 미국에서 사용되는 모든 산업용 다이아몬드의 약 30%가 제조되고 있다.

탄소-14는 [66]우주선에 의해 침전되는 반응에 의해 9-15km 고도에서 대류권과 성층권의 상층에 형성된다.열중성자는 질소-14의 핵과 충돌하여 탄소-14와 양성자를 형성한다.따라서 대기 중 이산화탄소의 1.5%×10은−10 탄소-14를 [67]포함한다.

탄소가 풍부한 소행성은 태양계 소행성대의 바깥 부분에서 상대적으로 우세하다.이 소행성들은 아직 과학자들에 의해 직접 채취되지 않았다.이 소행성들은 미래에는 가능할지 모르지만, 현재는 기술적으로 불가능한 [68]가상 우주 기반 탄소 채굴에 사용될 수 있다.

동위원소

주요 기사:탄소 동위 원소

탄소의 동위원소는 6개의 양성자와 다수의 중성자를 포함하는 원자핵이다(2에서 16까지 변동).탄소는 두 개의 안정적이고 자연적으로 발생하는 [16]동위원소를 가지고 있다.탄소-12(12C) 동위원소는 지구상 탄소의 98.93%를 형성하고 13탄소-13(C)은 [16]나머지 1.07%를 형성한다.생화학 반응이 [69]C를 차별하기 때문에 생물학적 물질에서 C의 농도는 더욱 증가한다.1961년 국제순수응용화학연합(IUPAC)은 원자량 [70]기준으로 탄소-12 동위원소를 채택했다.핵자기공명(NMR) 실험에서 탄소의 식별은 동위원소 C를 사용하여 이루어진다.

탄소-14(14C)는 질소와 우주선의 상호작용에 의해 상부 대기권([71]하부 성층권 및 상부 대류권)에서 생성되는 자연발생 방사성 동위원소이다.지구상에서 미량 1ppm(0.0000000001%) 또는 그 이상의 양이 발견되며, 주로 대기 및 표면 퇴적물, 특히 이탄 [72]및 기타 유기 물질에 한정되어 있습니다.이 동위원소는 0.158 MeV− β 방출만큼 감소한다.C는 5730년의 짧은 반감기로 고대 암석에는 사실상 존재하지 않는다.대기와 살아있는 유기체의 C의 양은 거의 일정하지만, 죽은 후에 그들의 몸에서 예측 가능하게 감소한다.이 원리는 1949년에 발명된 방사성 탄소 연대 측정법에서 사용되며, 약 40,000년 [73][74]된 탄소질 물질의 나이를 측정하기 위해 광범위하게 사용되어 왔다.

탄소에는 15개의 동위원소가 알려져 있으며, 이들 중 가장 수명이 짧은 것은 양성자 방출과 알파 붕괴를 통해 붕괴되며 반감기는 1.98739 × 10초이다−21.[75]이국적인 C는 핵 후광을 나타내는데, 이는 핵의 반경이 일정한 [76]밀도의 구면일 경우 예상되는 것보다 상당히 크다는 것을 의미한다.

별의 형성

주요 기사:트리플 알파 프로세스 및 CNO 사이클

탄소 원자핵의 형성은 삼중 알파 과정을 통해 거성 또는 초거성 내에서 일어납니다.헬륨과 수소 또는 다른 헬륨 핵의 추가적인 핵융합 반응의 산물이 각각 리튬-5와 베릴륨-8을 생성하기 때문에, 이것은 거의 동시에 세 개의 알파 입자(헬륨 핵)의 충돌을 필요로 한다. 이 두 가지는 매우 불안정하고 거의 즉시 더 작은 [77]핵으로 다시 붕괴된다.트리플 알파 과정은 초기 우주의 급격한 팽창과 냉각이 금지한 100메가켈빈 이상의 온도와 헬륨 농도 조건에서 발생하며, 따라서 빅뱅 동안 중요한 탄소가 생성되지 않았다.

현재의 물리 우주론에 따르면, 탄소는 수평 [78]가지에 있는 별들의 내부에 형성된다.거대한 별들이 초신성으로 죽을 때, 탄소는 먼지로 우주로 흩어집니다.이 먼지는 행성들이 [52][79]모여 있는 차세대 항성계를 형성하기 위한 구성 요소가 됩니다.태양계는 우리가 알고 있는 생명체의 존재를 가능하게 하는 풍부한 탄소를 가진 그런 항성계 중 하나이다.

CNO 사이클은 별에 동력을 공급하는 추가적인 수소 융합 메커니즘으로, 탄소는 촉매 역할을 합니다.

다양한 동위원소 형태의 일산화탄소(예: CO, CO, CO)의 회전 전이는 서브밀리미터 파장 범위에서 감지되며 분자 [80]구름에서 새로 형성되는 별 연구에 사용됩니다.

탄소의 순환

주요 기사 : 카본 사이클
탄소 사이클의 다이어그램입니다.검은색 숫자는 다양한 저장소의 탄소 양을 수십억 톤 단위로 나타냅니다(GtC는 탄소 기가톤을 의미하며 수치는 2004년 경).보라색 숫자는 매년 저수지 간에 얼마나 많은 탄소가 이동하는지 나타냅니다.이 도표에서 정의된 퇴적물은 탄산암과 케로겐의 7천만 GtC 이상을 포함하지 않는다.

지상 조건 하에서는 한 원소를 다른 원소로 변환하는 것은 매우 드문 일이다.그러므로, 지구상의 탄소의 양은 사실상 일정하다.따라서 탄소를 사용하는 공정은 다른 곳에서 탄소를 입수하여 폐기해야 합니다.환경 속의 탄소의 경로는 탄소 [81]순환을 형성한다.예를 들어, 광합성 식물은 대기(또는 바닷물)에서 이산화탄소를 끌어와 캘빈 사이클에서처럼 탄소 [82]고정의 과정인 바이오매스로 만든다.이 바이오매스 중 일부는 동물에 의해 섭취되는 반면, 일부 탄소는 동물에 의해 이산화탄소로 배출된다.탄소 순환은 이 짧은 고리보다 훨씬 더 복잡하다; 예를 들어, 일부 이산화탄소는 바다에 용해된다; 박테리아가 그것을 소비하지 않는다면, 죽은 식물이나 동물 물질은 [83][84]태울 때 탄소를 방출하는 석유나 석탄이 될 수 있다.

화합물

주요 기사:탄소 화합물

유기 화합물

가장 간단한 유기 화합물인 메탄 구조식입니다
탄소 순환과 유기 화합물 형성 사이의 상관 관계.식물에서 탄소 고정에 의해 형성된 이산화탄소는 물과 광합성(녹색)으로 결합되어 유기 화합물을 형성할 수 있으며, 이는 식물과 동물 모두에 의해 사용되고 더 나아가 변환될 수 있다.

탄소는 탄소-탄소 결합을 연결하는 매우 긴 사슬을 형성할 수 있는데, 이것은 카테네이션이라고 불리는 특성이다.탄소-탄소 결합은 강하고 안정적이다.탄소는 성장을 통해 무수한 화합물을 형성한다.독특한 화합물들의 집계는 더 많은 것들이 [85]탄소를 포함하지 않는다는 것을 보여준다.대부분의 유기 화합물이 탄소나 산소나 질소와 화학적으로 결합된 수소를 포함하고 있기 때문에 수소에 대해서도 비슷한 주장이 제기될 수 있다.

유기 분자의 가장 단순한 형태는 탄화수소입니다. 탄화수소는 탄소 원자의 사슬에 결합된 수소 원자로 구성된 유기 분자의 큰 가족입니다.탄화수소 골격은 헤테로아톰으로 알려진 다른 원자에 의해 대체될 수 있다.유기화합물에 나타나는 일반적인 헤테로아톰은 리튬과 마그네슘뿐만 아니라 산소, 질소, 황, 인, 그리고 비방사성 할로겐을 포함한다.금속에 결합하는 유기화합물을 유기금속화합물(아래 참조)이라고 한다.종종 헤테로아톰을 포함한 특정 원자의 집합은 많은 유기 화합물에서 반복된다.기능성 그룹으로 알려진 이러한 수집은 일반적인 반응성 패턴을 제공하며 유기 화합물의 체계적인 연구와 분류를 가능하게 합니다.사슬의 길이, 모양, 기능성 그룹은 모두 유기 [86]분자의 특성에 영향을 미칩니다.

탄소(및 거의 모든 안정적인 유기 화합물)의 가장 안정적인 화합물에서 탄소는 옥텟 법칙을 준수하며 4가 결합이며, 이는 탄소 원자가 총 4개의 공유 결합을 형성한다는 것을 의미합니다.소수의 안정화된 카보시온(3결합, 양전하), 라디칼(3결합, 중성), 카르보시온(3결합, 음전하) 및 카르베네(2결합, 중성)은 예외이지만, 이들 종은 불안정하고 반응성이 높은 중간체로 조우할 가능성이 훨씬 높다.

탄소는 알려진 모든 유기 생명체에서 발생하며 유기 화학의 기초이다.수소와 결합하면 냉매, 윤활유, 용제, 플라스틱 및 석유화학 제조용 화학 원료 및 화석 연료로서 산업에 중요한 다양한 탄화수소를 형성합니다.

산소와 수소와 결합하면, 탄소는 당, 리그난, 키틴, 알코올, 지방, 그리고 방향족 에스테르, 카로티노이드와 테르펜을 포함한 많은 중요한 생물학적 화합물 그룹을 형성할 수 있습니다.질소와 함께 알칼로이드를 형성하고, 유황을 첨가하면 항생제, 아미노산, 고무 제품도 형성합니다.이러한 다른 요소들에 인을 첨가함으로써, 그것은 생명체의 화학 코드 운반체인 DNA와 RNA와 살아있는 모든 [87]세포에서 가장 중요한 에너지 전달 분자인 아데노신 삼인산(ATP)을 형성합니다.

무기질의 혼합물

일반적으로 광물과 관련되거나 다른 탄소 원자, 할로겐 또는 수소와 결합하지 않는 탄소 함유 화합물은 고전적인 유기 화합물과는 별도로 취급된다. 정의는 경직되지 않으며 일부 화합물의 분류는 저자마다 다를 수 있다(위의 참조 문서 참조).이것들 중에는 탄소의 단순한 산화물들이 있다.가장 두드러진 산화물은 이산화탄소입니다2.이것은 한때 고생대기의 주요 구성 요소였지만,[88] 오늘날 지구 대기의 작은 구성 요소이다.물에 녹으면 탄산(HCO
2
3)을 형성하지만 단일 탄소 위에 여러 개의 단일 결합 옥시겐이 있는 대부분의 화합물이 [89]불안정하다.단, 이 중간체를 통해 공명 안정화 탄산 이온이 생성된다.몇몇 중요한 광물들은 탄산염, 특히 석회암이다.이황화탄소(CS
2)도 비슷하다.[24]그럼에도 불구하고 이황화탄소는 그 물리적 특성과 유기 합성에 대한 연관성 때문에 유기용매로 분류되기도 한다.

또 다른 일반적인 산화물은 일산화탄소입니다.그것은 불완전 연소에 의해 형성되며 무색 무취의 기체이다.각 분자는 삼중 결합을 포함하고 상당히 극성이어서 낮은 결합 [90][91]친화력을 가진 산소를 대체하면서 헤모글로빈 분자에 영구적으로 결합하는 경향을 보입니다.시안화물(CN)은− 유사한 구조를 가지고 있지만 할로겐화 이온(의사할로겐)과 비슷한 작용을 합니다.예를 들어, 질화 시안 분자(CN)2를 형성할 수 있으며, 이는 이원자 할로겐화물과 유사합니다.마찬가지로, 시안의 무거운 유사체인 시아피드(CP−)도 무기물로 간주되지만, 대부분의 단순 유도체는 매우 불안정합니다.다른 드문 산화물로는 아산화탄소(CO
3
2),[92] 불안정한 일산화디카본(CO2),[93][94] 삼산화탄소(CO3),[95][96] 시클로펜타네펜톤(CO55),[97] 시클로헥산헥손(CO66)[97] 및 멜라이트 무수물129(CO)이 있다.단, 멜라이트 무수물은 멜라이트산의 트리플 아실 무수물이며 벤젠환을 포함한다.그래서 많은 화학자들이 그것을 유기물로 간주한다.

텅스텐과 같은 반응성 금속과 함께 탄소는 탄화물(C4−) 또는 아세틸화물(C2−
2)을 형성하여 높은 녹는점을 가진 합금을 형성합니다.이 음이온들은 또한 메탄과 아세틸렌과 연관되어 있는데, 둘 다 매우 약한 산이다.전기음성도가 2.5일 [98]때 탄소는 공유결합을 형성하는 것을 선호한다.일부 탄화물은 다이아몬드와 비슷한 카보룬덤(SiC)과 같은 공유 격자입니다.그럼에도 불구하고, 가장 극성이고 소금 같은 탄화물도 완전히 이온 화합물은 [99]아니다.

유기 금속 화합물

주요 기사:유기 금속 화학

유기금속화합물은 정의상 적어도 1개의 탄소금속 공유결합을 포함한다.화합물 등 다양한;주요 수업 단순한alkyl-metal 화합물(예를 들어 테트라 에틸납을),η2-alkene 화합물(예를 들어, 차이스 염), 그리고η3-allyl 화합물(예를 들어, allylpalladium 염화 2합체)을 포함한다;metallocenes cyclopentadienyl ligands이 들어 있는(예를 들어, 페로센을);그리고 전이 금속 카르빈 complexe 존재한다.s많은 금속 카르보닐 및 금속 시안화물(테트라카르보닐니켈 및 페리시안화칼륨 등)이 존재하며, 일부 작업자는 다른 탄소배위자가 없는 금속 카르보닐 및 시안화물 착체를 유기 금속이 아닌 순수 무기물로 간주한다.하지만, 대부분의 유기 금속 화학자들은 탄소 배위자를 가진 금속 복합체, 심지어 '유기 탄소' (예: 카르보닐, 시안화물, 그리고 특정 종류의 탄화물과 아세틸화물)도 본질적으로 유기 금속이라고 생각합니다.탄소-금속 공유 결합이 없는 유기 리간드를 포함하는 금속 착체(예를 들어 금속 카르복실산염)를 금속 유기 화합물이라고 한다.

탄소는 4개의 공유 결합의 형성을 강하게 선호하는 것으로 이해되지만, 다른 외래 결합 방식도 알려져 있다.카보란은 [BH]12122- 단위의 매우 안정적인 12면체 유도체로, 1개의 BH가 CH로+ 대체되었다.따라서 탄소는 붕소 원자 5개와 수소 원자 1개에 결합된다.양이온 [(PhPAu3)6C]2+에는 6개의 포스핀-금 조각에 결합된 8면체 탄소가 포함되어 있습니다.이 현상은 금 배위자의 오로필리티에 기인하며, 금 배위자는 그렇지 않으면 불안정한 [100]종의 추가적인 안정화를 제공한다.본질적으로 미생물 질소 고정에 관여하는 철-몰리브덴 보조인자(FeMoco)도 마찬가지로 6개의 철 원자에 결합된 8면체 탄소 중심(공식적으로 탄화물, C(-IV))을 가진다.2016년 헥사메틸벤젠 투여는 이전의 이론적인 예측에 따라 6개의 결합을 가진 탄소 원자를 포함하고 있는 것으로 확인되었다.보다 구체적으로, 디케이션은 구조적으로 [MeC(δ-CMe555)]2+라는 식에 의해 기술될 수 있으며,[101] 고리의 탄소 5개 모두를 통해 MeC3+ 단편이 δ-CMe555− 단편에 결합되는 "유기 금속세"가 된다.

이 안트라센 유도체는 주위에 5개의 공식 전자 쌍이 있는 탄소 원자를 포함합니다.

위의 경우 탄소에 대한 각 결합은 2개 미만의 공식 전자 쌍을 포함한다는 점에 유의해야 합니다.따라서 이들 종의 공식 전자 수는 옥텟을 초과하지 않는다.이것은 그들을 과잉으로 만들지만 과잉가치는 아니다.아키바와 [102]동료들이 보고한 것처럼 10-C-5 종(즉, 5개의 리간드를 가진 탄소, 10개의 공식 전자 수를 가진 탄소)의 경우에도 전자 구조 계산은 4개의 전자 3중 결합을 가진 다른 화합물들과 마찬가지로 탄소 주변의 전자 집단이 여전히 8개 미만이라는 결론을 내린다.

역사와 etymology

젊은 시절의 앙투안 라부아지에

영어 이름인 카본은 석탄과 [103]숯을 뜻하는 라틴어 카본에서 유래했고, 프랑스어로 숯이라는 뜻의 차본도 여기에서 유래했다.독일어, 네덜란드어, 덴마크어로 탄소의 이름은 각각 Kohlenstoff, koolstof, kulstoff이며, 모두 말 그대로 석탄을 의미한다.

탄소는 선사시대에 발견되었고, 초기 인류 문명에서 그을음과 숯의 형태로 알려져 있었다.다이아몬드는 아마도 기원전 2500년쯤 중국에서 알려졌을 것이고, 숯 형태의 탄소는 오늘날과 같은 화학작용으로 로마 시대 무렵에 흙으로 덮인 피라미드에서 나무를 가열하여 공기를 [104][105]차단함으로써 만들어졌다.

칼 빌헬름 쉴레

1722년 르네 앙투안 페르초 드 레아무르는 철이 탄소로 [106]알려진 물질을 흡수하여 강철로 변한다는 것을 증명했다.1772년, 앙투안 라부아지에는 다이아몬드가 탄소의 한 형태라는 것을 보여주었다; 그가 숯과 다이아몬드 샘플을 태웠을 때, 그는 둘 다 물을 생산하지 않았고 둘 다 그램당 같은 양의 이산화탄소를 배출한다는 것을 발견했다.1779년,[107] 칼 빌헬름 쉴레는 납의 한 형태로 여겨졌던 흑연이 대신 숯과 동일하지만 철의 작은 혼합물과 동일하며, 질산과 [108]함께 산화되면 "에리얼산" (그의 이산화탄소 이름)이 생긴다는 것을 보여주었다.1786년 프랑스 과학자 클로드 루이 베르톨레, 가스파르 몽게 그리고 C.A. Vandermonde는 라부아지에가 [109]다이아몬드를 사용한 것과 같은 방식으로 흑연을 산소에서 산화시킴으로써 대부분 탄소라는 것을 확인했습니다.프랑스 과학자들은 흑연 구조에 필요하다고 생각했던 철이 다시 조금 남았다.그들은 출판물에서 흑연을 태울 때 기체로 방출되는 흑연에 포함된 원소의 이름을 카르본(라틴어 카르보넘)이라고 제안했다.앙투안 라부아지에가 1789년 [108]교과서에 탄소를 원소로 기재했다.

1985년에 발견된[110] 새로운 탄소 동위원소인 플라렌은 버키볼과 [31]나노튜브와 같은 나노구조 형태를 포함한다.발견자인 로버트 컬, 해롤드 크로토, 리처드 스몰리는 1996년 [111]노벨 화학상을 받았다.그 결과 새로운 형태에 대한 새로운 관심이 생기면서 유리 탄소를 포함한 또 다른 외래 동소체가 발견되었고, "아모르퍼스 탄소"가 엄밀하게 [38]비정질적인 것이 아니라는 것을 깨닫게 되었다.

생산.

흑연

주요 기사: 그래파이트

상업적으로 이용 가능한 흑연의 천연 퇴적물은 세계 여러 지역에서 발생하지만 경제적으로 가장 중요한 원천은 중국, 인도, 브라질, 북한이다.흑연 퇴적물은 변성 기원이며, 편마암, 편마암, 렌즈나 정맥처럼 변형된 사암과 석회암에서 석영, 운모 및 장석과 함께 발견되며, 때로는 두께가 1미터 이상인 경우도 있다.영국 컴벌랜드의 빌린데일에 있는 흑연 퇴적물은 처음에는 충분한 크기와 순도를 가지고 있었고, 19세기까지, 연필은 단순히 천연 흑연 덩어리를 톱으로 잘라 조각으로 만든 후에 나무로 된 것이었다.오늘날, 흑연의 더 작은 퇴적물은 모암을 부수고 더 가벼운 흑연을 [112]물 위에 띄움으로써 얻어진다.

천연 흑연에는 비정질, 플레이크 또는 결정 플레이크, 정맥 또는 덩어리 등 세 가지 종류가 있습니다.비정질 흑연은 품질이 가장 낮고 가장 풍부하다.과학과는 반대로, 산업에서의 "아모르퍼스"는 결정 구조가 완전히 결여된 것이 아니라 매우 작은 결정 크기를 의미한다.아모르파스는 저가의 흑연 제품에 사용되며 가장 저렴한 흑연입니다.거대한 비정질 흑연 퇴적물은 중국, 유럽, 멕시코, 미국에서 발견된다.플레이크 그래파이트는 비정질보다 덜 흔하고 품질이 높다; 그것은 변성암에서 결정화된 분리된 판으로 발생한다.플레이크 그래파이트는 비정질 가격의 4배가 될 수 있다.양질의 플레이크는 난연제와 같은 다양한 용도로 확장 가능한 흑연으로 가공할 수 있습니다.가장 중요한 퇴적물은 오스트리아, 브라질, 캐나다, 중국, 독일, 마다가스카르에서 발견된다.광맥 또는 덩어리 흑연은 천연 흑연 중 가장 희귀하고, 가장 가치 있고, 최고의 품질입니다.그것은 단단한 덩어리의 관입 접촉면을 따라 정맥에서 발생하며,[112] 스리랑카에서만 상업적으로 채굴된다.

USGS에 따르면 2010년 세계 천연흑연 생산량은 110만t으로 중국은 80만t, 인도는 13만t, 브라질은 7만6000t, 북한은 3만t, 캐나다는 2만5000t을 기록했다.미국에서 천연 흑연 채굴은 보고되지 않았지만,[112] 2009년에 9억 9천 8백만 달러의 가치가 있는 11만 8천 t의 합성 흑연이 생산되었다.

다이아몬드

주요 기사:다이아몬드
2005년 다이아몬드 생산량

다이아몬드 서플라이 체인(supply-chain)은 소수의 강력한 기업에 의해 제어되고 있으며, 전 세계 소수의 지역에 집중되어 있습니다(그림 참조).

다이아몬드 광석의 극히 일부만이 실제 다이아몬드로 구성되어 있다.이 과정에서 더 큰 다이아몬드가 파괴되는 것을 막기 위해 주의를 기울여야 하는 광석이 분쇄되고 그 후에 입자가 밀도에 따라 분류됩니다.오늘날 다이아몬드는 X선 형광의 도움으로 다이아몬드가 풍부한 밀도 분율 안에 있으며, 그 후 최종 분류 단계는 손으로 이루어집니다.엑스레이 사용이 보편화되기 전에는 그리스 벨트로 분리가 이루어졌습니다. 다이아몬드는 [113]광석의 다른 광물보다 그리스에 더 강한 성향을 가지고 있습니다.

역사적으로 다이아몬드는 인도 [114]남부의 충적층에서만 발견되는 것으로 알려져 있다.인도는 약 기원전 9세기부터[115] 서기 18세기 중반까지 다이아몬드 생산에서 세계를 선도했지만, 18세기 후반까지 이러한 원천의 상업적 잠재력은 고갈되었고, 그 당시 인도는 [116]1725년 최초의 비인도 다이아몬드가 발견된 브라질에 의해 가려졌다.

다이아몬드의 생산은 1870년대 남아프리카에서 다이아몬드 밭이 발견된 후에야 시작되었다.생산량은 시간이 지남에 따라 증가하여 그 날 [117]이후 누적 총 45억 캐럿이 넘는 캐럿이 채굴되었습니다.상업적으로 가장 큰 다이아몬드 광상은 러시아, 보츠와나, 호주,[118] 콩고 민주 공화국이었다.2005년까지 러시아는 전 세계 다이아몬드 생산량의 거의 5분의 1(대부분 야쿠티아 지역, 예를 들어 Mir 파이프와 Udachnaya 파이프)을 생산했지만,[119][120] 호주의 Argyle 광산은 2018년에 1,400만 캐럿을 생산하면서 단일 최대 공급원이 되었습니다.새로운 발견물인 디아빅과 에카티의 캐나다 광산들은 보석 품질의 [121]보석을 생산하기 때문에 훨씬 더 가치가 있을 것으로 예상된다.

미국에서는 아칸소, 콜로라도, [122]몬태나에서 다이아몬드가 발견되었다.2004년 미국에서[123] 아주 미세한 다이아몬드가 발견되면서 몬태나주 [124]외딴 지역에서 2008년 1월 킴벌라이트 파이프의 대량 샘플링을 실시했습니다.

적용들

샤프 펜슬 심은 흑연(흔히 점토 또는 합성 바인더와 혼합됨)으로 만들어집니다.
넝쿨과 압축탄
탄소 섬유 직물
탄화규소 단결정
결정60 형태의 C 플라렌
탄화 텅스텐 엔드밀

탄소는 알려진 모든 생명계에 필수적이며, 탄소가 없으면 우리가 알 수 없는 생명이다.식품과 목재를 제외한 탄소의 주요 경제적 용도는 탄화수소, 특히 화석 연료 메탄가스와 원유(석유)의 형태이다.원유는 석유화학 산업에 의해 정유소에서 증류되어 가솔린, 등유 및 기타 제품을 생산한다.셀룰로오스는 나무, 면, 린넨, 그리고 삼베의 형태로 식물에서 생산되는 천연 탄소 함유 폴리머입니다.셀룰로오스는 주로 식물의 구조를 유지하기 위해 사용된다.동물에서 유래한 상업적으로 가치 있는 탄소 중합체에는 울, 캐시미어, 실크 등이 있다.플라스틱은 종종 주 고분자 사슬에 일정한 간격으로 산소와 질소 원자가 포함된 합성 탄소 중합체로 만들어집니다.이러한 합성 물질의 많은 원료는 원유에서 나온다.

탄소와 그 화합물의 용도는 매우 다양하다.그것은 철과 합금을 형성할 수 있는데, 그 중 가장 일반적인 것이 탄소강이다.흑연은 점토와 결합되어 글씨를 쓰고 그림을 그리는 데 사용되는 연필에 사용되는 '납'을 형성한다.또한 유리 제조, 건전지용 전극, 전기 도금 및 일렉트로포밍, 전기 모터용 브러시 및 원자로 내 중성자 감속재로 윤활유 및 안료로 사용된다.

숯은 미술품, 바비큐 그릴, 철제련, 그리고 다른 많은 응용 분야에서 그림 재료로 사용됩니다.목재, 석탄, 석유는 에너지와 난방을 위한 연료로 사용된다.보석 품질의 다이아몬드는 보석, 공업용 다이아몬드는 금속과 돌을 가공하기 위한 드릴, 절단, 연마 도구에 사용됩니다.플라스틱은 화석 탄화수소로 만들어지며, 합성 폴리에스테르 섬유의 열분해로 만들어진 탄소 섬유는 플라스틱을 강화하여 고급 경량 복합 재료를 형성하기 위해 사용됩니다.

탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 기타 유기물질의 압출 및 신장된 필라멘트를 열분해하여 제조된다.파이버의 결정학적 구조와 기계적 특성은 시작 재료의 유형과 후속 처리에 따라 달라집니다.PAN으로 만들어진 탄소섬유는 흑연의 좁은 필라멘트와 유사한 구조를 가지고 있지만, 열처리는 연속 압연 시트로 구조를 정렬할 수 있다.그 결과 [125]강철보다 비장력이 높은 섬유입니다.

카본 블랙은 인쇄 잉크, 아티스트의 유화 및 수채화, 카본 페이퍼, 자동차 마감, 인디아 잉크 및 레이저 프린터 토너의 검은 안료로 사용됩니다.카본 블랙은 타이어와 같은 고무 제품이나 플라스틱 화합물에서도 충전재로 사용됩니다.활성탄은 방독면, 정수기, 주방용 추출기 후드와 같은 다양한 용도에서 필터 재료의 흡수제 및 흡착제로 사용되며, 약품에서는 소화계통의 독소, 독소 또는 가스를 흡수하는 데 사용됩니다.탄소는 고온에서 화학적 환원 작용에 사용된다.코크스는 철광석을 철로 분해하는 데 사용된다.강철의 케이스 경화는 완성된 강철 부품을 탄소 분말로 가열함으로써 달성된다.실리콘, 텅스텐, 붕소 및 티타늄의 탄화물은 알려진 가장 단단한 재료 중 하나이며, 절삭 및 연삭 공구의 연마재로 사용됩니다.탄소 화합물은 천연 및 합성 섬유와 가죽과 같은 의류에 사용되는 대부분의 재료와 유리, 돌, 금속을 제외한 건축 환경의 거의 모든 내부 표면을 구성합니다.

다이아몬드

다이아몬드 산업은 두 가지 범주로 분류된다. 하나는 보석급 다이아몬드를 취급하고 다른 하나는 산업급 다이아몬드를 취급한다.두 종류의 다이아몬드에 대한 큰 거래가 존재하는 반면, 두 시장은 극적으로 다르게 기능한다.

금이나 백금과 같은 귀금속과는 달리, 보석 다이아몬드는 상품으로 거래되지 않는다: 다이아몬드의 판매에 상당한 가격 상승이 있고, 다이아몬드의 재판매를 위한 매우 활발한 시장이 없다.

공업용 다이아몬드는 대부분 경도와 열전도성으로 평가되며, 선명도와 색상의 보석학적 특성은 대부분 무관합니다.채굴된 다이아몬드의 약 80%(연간 약 1억 캐럿 또는 20톤에 해당)는 산업용으로 밀려나는 보석으로 사용하기에 부적합하다(보트라고 [126]한다).1950년대에 발명된 합성 다이아몬드는 거의 즉각적으로 산업 응용을 찾아냈다; 연간 [127]30억 캐럿(600톤)의 합성 다이아몬드가 생산된다.

다이아몬드의 주요 산업 용도는 절단, 드릴링, 연마 및 연마입니다.이러한 응용 프로그램의 대부분은 큰 다이아몬드를 필요로 하지 않습니다.사실 작은 크기를 제외하고 보석 품질의 다이아몬드는 대부분 산업적으로 사용될 수 있습니다.다이아몬드는 드릴 끝이나 톱날에 박혀 있거나 분말로 갈아 연마 [128]및 연마 용도로 사용됩니다.특수 용도에는 고압 실험용 격납용기(다이아몬드 앤빌 셀 참조), 고성능 베어링 및 특수 창문에 [129][130]제한적으로 사용되는 것이 포함됩니다.합성 다이아몬드의 생산이 계속 발전함에 따라 새로운 응용이 가능해 지고 있다.마이크로칩에 적합한 반도체로 다이아몬드를 사용할 수 있다는 점과 뛰어난 열전도 특성으로 인해 전자제품의 [131]히트싱크로 사용할 수 있다는 점이 큰 관심을 끌고 있습니다.

주의사항

텍사스 선레이 카본블랙 공장 노동자(사진: 존 바천, 1942년)

순수한 탄소는 사람에 대한 독성이 극히 낮으며 흑연이나 숯의 형태로 안전하게 취급할 수 있다.소화관의 산성 내용물에서도 용해나 화학 공격에 내성이 있습니다.결과적으로, 일단 그것이 신체 조직으로 들어가면, 그것은 무기한으로 그곳에 남아있을 것이다.카본 블랙은 아마도 문신에 사용된 최초의 색소들 중 하나였을 것이고, 아이스맨 외치는 그의 생전 그리고 그가 [132]죽은 후 5200년 동안 살아남은 탄소 문신을 가진 것으로 밝혀졌다.석탄 분진이나 그을음(카본 블랙)의 대량 흡입은 위험할 수 있으며, 폐 조직을 자극하고 울혈성 폐질환인 석탄 작업자의 진폐증을 유발할 수 있습니다.연마재로 사용되는 다이아몬드 분진은 섭취하거나 흡입할 경우 유해할 수 있습니다.탄소 미립자는 디젤 엔진 배기 가스에서 생성되며 [133]폐에 축적될 수 있습니다.이러한 예에서 피해는 탄소 자체보다는 오염 물질(유기 화학 물질, 중금속 등)에 의해 발생할 수 있다.

탄소는 일반적으로 지구상의 생명체에 대한 독성은 낮지만, 탄소 나노 입자는 [134]드로소필라에게 치명적이다.

탄소는 고온에서 공기의 존재 하에서 강하고 밝게 연소할 수 있습니다.산소가 없는 상태에서 수억 년 동안 비활성 상태로 남아있던 석탄의 대량 축적물은 탄광 폐기물 끝, 선박 화물 보관함,[135][136] 석탄 벙커 및 저장소에서 공기에 노출되면 자연적으로 연소될 수 있습니다.

흑연을 중성자 감속재로 사용하는 핵 용도에서는 위그너 에너지가 축적된 후 갑작스러운 자발적 방출이 발생할 수 있다.윈드스케일 화재에서는 절차가 잘못되어 다른 원자로 물질이 연소되는 원인이 되었지만 최소 250 °C까지 아닐 시 에너지를 안전하게 방출할 수 있다.

매우 다양한 탄소 화합물에는 테트로도톡신, 카스토르 오일 식물인 리키누스 코뮤니티스의 씨앗에서 추출된 렉틴 리신, 시안화물−(CN), 일산화탄소, 그리고 포도당과 단백질과 같은 생명에 필수적인 것들이 포함됩니다.

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참고 문헌

외부 링크