탄소동소체 간에 물성 차이가 나타나는 이유는 무엇인가요?
다이아몬드, 흑연, 그래핀, 풀러렌 모두 탄소 원자로만 이루어진 동소체인데 강도와 같은 물성 차이가 나는 것은 어떤 원리 때문인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
탄소원자의 중성자양이 다르기때문입니다.
중성자 하나에도 질량이 있기때문에 물체를 이루었을 때 물성치와 강도가 다를 수 있습니다.
감사합니다.안녕하세요. 심성보 과학전문가입니다. 각각 결합하는 구조가 다르기 때문입니다 탄소는 전자가 4개 즉, 다른 물질과 결합할 수 있는 가짓수가 4개인 원소 입니다. 그렇기 때문에 더 다양한 구조가 될 수 있습니다. 먼저 다이아몬드는 4개의 가지 모두 탄소와 결합된 아주 아주 단단한 결정이 됩니다. 흑연은 육각형, 3개의 가지가 서로 결합된 판상형의 결정체로 남은 하나의 전자는 자유전자로 인해 전기가 통하게 됩니다. 그래핀은 흑연의 육각형을 판 하나만 떼어낸것으로 실제 연구 사례로 흑연을 셀로판테이프로 붙였다 떼어내면 그래핀을 얻을 수 있습니다. 풀러렌을 축구공 모양으로 결합된 탄소로 갯수에 따라 크기가 다른 풀러렌이 됩니다 !
안녕하세요.
탄소의 경우 매우 다양한 형태로 존재하게 됩니다.
질문자님께서 말씀하신 다양한 이름으로 불리게 됩니다. 이처럼 동일한 원자로만 이루어 져있지만 특성이 다른 이유는 원자의 배열 즉 결정구조에 차이에 의한 것입니다. 예를들어 다이아몬드의 경우 sp3 구조를 가지는데, 이는 4개의 혼성궤도함수를 갖기 떄문에 4개의 다른원자와 강한 결합을 통하여 다이아몬드를 형성하게됩니다. 반면 흑연(graphite)의 경우 sp2 구조를 가지고 있는데 이는 3개의 혼성궤도함수로, 편명상에서 3개의 다른 탄소원자와의 결함을 통하여, 육각형 판상구조를 형성하는 흑연이 탄생하게됩니다. graphite의 경우 층과 층사이는 약한 반데르발스결합으로 이루어져 있어, 면과 면사이가 쉽게 끊어지는 특성을 가집니다. 이러한 원리로 연필을 종이에 쓰게 되면, 글씨가 쓰여지는 것이 되고, 이러한 비슷한 원리로 그래핀이 발견되는 결과가 발생하였습니다.
감사합니다.
다이아몬드와 흑연(그 외 탄소도옷체)의 가장 큰 차이점은 탄소의 배치 입니다.
간단히 말해 다이아몬드의 탄소 구조가 아주 잘 결합하여 단단한 구조를 가지고 있으나,
흑연은 탄소가 단순히 층 모양으로 배치되어 잘 부서집니다.
