세상에서 가장 단단한 물질이 궁금합니다.

Question

F1 레이싱을 보다가 레이싱 차체에 쓸 수 있을만한 단단한 물질이 없을까 궁금증이 생겼습니다. 자연에서 발견할 수 있는 가장 단단한 물질이 다이아몬드라고 알고있습니다만, 그럼 인공적으로라도 만들 수 있다는 가정하에 가장 단단한 한가지 종류의 원소로만 이루어진 물질은 무엇인지 궁금합니다. 그리고 그것이 가장 단단한 이유를 화학적인 이유로 설명해주시면 좋을거 같아요.

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

다이아몬드가 가장 단단한 물질입니다. 모스 경도가 10으로 자연적으로 만들어지는 가장 단단한 물질입니다.

하지만 인공적으로 만든 것을 포함하면 다이아몬드와 같은 탄소복합물질인 '카르빈'이 가장 단단한 물질입니다. 정확히는 카르빈 역시 자연상에 존재하는 물질이지만 자연에서 발견된 카르빈은 대부분 순간적으로 매우 강한 압력이 작용하여 형성된 운석이나 압축 흑연 등에서 발견되었습니다.

실제 강도를 확인해볼 수 있는 수준이 되지 못하였고 인공적으로 만들기에도 너무 어려움이 많은 물질입니다.

하지만 연구 결과에 따르면 카르빈은 천연물인 다이아몬드에 비해 3배, 그리고 슈퍼물질로 인정받고 있는 그래핀보다 2배의 인장 강도를 갖고 있는 것으로 확인되어 지구상에서 가장 단단한 물질은 카르빈입니다.

Answer 2

세계에서 가장 단단한 물질 중 하나는 카본 나노튜브입니다. 카본 나노튜브는 순수한 카본 원소로만 이루어져 있으며, 그 구조는 매우 강력한 결합을 가지고 있습니다.

카본 나노튜브의 결정 구조는 매우 정밀하며, 카본 원자들이 격자 형태로 밀집되어 있습니다. 이러한 구조는 강한 결합을 형성하며, 높은 인장 강도를 제공합니다.

카본 나노튜브는 sp² 결합을 가지고 있으며, 이는 카본 원자들 간의 강력한 공유 결합을 형성합니다.

따라서 카본 나노튜브는 레이싱 차체에 사용될 수 있는 매우 단단한 물질 중 하나로 생각됩니다. 그러나 제조 과정의 복잡성과 비용 때문에 현재로서는 널리 사용되지는 않고 있습니다.