결혼반지로 인기 있는 다이아몬드는 왜 단단할까?

 

안녕하세요. 삼성정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다.
결혼반지로 많은 신혼부부에게 인기 있는 다이아몬드. 이런 다이아몬드는 세상에서 가장 단단하다고 알려져 있습니다. 그 이유는 순수한 탄소원자만으로 이루어졌기 때문인데요.
여기서 궁금증 하나! 탄소원자는 비금속원자이며, 비금속원자로 만들어진 분자결정은

부드러워야 하는 것이 아닌가요? 그 이유를 화통이가 알려드리겠습니다.

 

탄소원자로 이루어진 다이아몬드

 

탄소는 비금속 원소 중 유일하게 고체로 결합력이 매우 뛰어나는데요. 다이아몬드도 이에 해당이 됩니다. 다이아몬드는 탄소 원자 4개가 모인 정사면체가 상하좌우로 끊임없이 반복된 구조로 매우 견고하여 모든 광물 중에서도 가장 단단하죠.
이 거대한 구조 자체가 분자이며 동시에 결정입니다. 이와 같은 결정을 공유결정(원자결정)이라고 하는데요. 비금속원자로 이루어졌지만 분자 간의 힘으로 결합한 것이 아니므로 분자결정과는 다르게 단단하고 녹는점과 끓는점이 매우 높은 것이 특징입니다.
즉, 다이아몬드가 비싸고 귀하며 영원히 빛을 내는 이유랍니다.

 

 

 

다이아몬드의 사촌, 흑연

 

 

 반면 연필심의 재료인 흑연의 탄소 구조는 다이아몬드와는 다르게 탄소 원자들이 층층이 쌓여 있는 평면적으로 연결되어 있어요. 그래서 약간만 힘을 줘도 부서지기 쉽습니다. 그리고 이 구조는 쉽게 미끄러지는 성질을 지니고 있어 연필심으로 활용할 수 있는 것이죠.

 

 

부적이었던 다이아몬드, 결혼반지로

 

 

 

 

고대 로마인들에게 다이아몬드는 신성한 물건으로 하늘에서 떨어진 별 조각이라고 여기면서 수세기 동안 부적으로 사용이 되었답니다. 이후 1074년 헝가리 여왕의 왕관에 부착되면서 보석으로 여겨졌는데요. 15세기부터 프랑스와 영국 왕실이 보석으로 사용할 다이아몬드를 구하기 시작한 후로 다이아몬드는 ‘왕의 보석’이 되었습니다.
1477년 오스트리아의 막시밀리안 대공이 자신의 신부 메리에게 결혼 신청을 할 때 다이아몬드반지를 사용했어요. 오늘날과 같이 다이아몬드가 보편적인 결혼반지로 자리매김한 것은 1940년대 초반부터 이며, 영원한 사랑의 징표로 자리 잡았답니다.


다이아몬드가 단단했던 이유와 결혼반지로 사용하게 된 숨겨진 이야기를 함께 살펴 보았는데요. 탄소 원자의 구조로 인해 단단함의 정도가 결정되었다는 사실이 놀랍지 않나요? 알면 알수록 신기한 소재화학 탐구생활 이야기! 앞으로도 화통이와 함께 다양한 이야기를 확인해봐요!

 

 

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소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 6.

변화무쌍한 슈퍼맨, 탄소>

 

 

 

 

 

여러분 안녕하세요! 과학교사 정은희입니다. 검고 잘 부스러지는 연필심과 투명하고 단단한 다이아몬드와 같은 탄소로 이루어졌다는 것을 믿을 수 있나요? 그럼 오늘은 변화무쌍한 원소인 탄소에 대해 알아볼까요?

 

 

 

 

 

유기화학의 시작, 탄소화합물

 


고대부터 목탄과 검댕으로 널리 알려진 탄소는 발견자가 따로 존재하지 않지만,  프랑스의 기통 드 모르보가 목탄을 뜻하는 그리스어 carbo를 따서 carbone이라는 이름을 붙여 주었습니다.

 

원래 2번째 껍질에는 8개의 전자까지 들어갈 수 있는데, 탄소는 4개의 전자만을 가지고 있기 때문에 남은 4개의 빈자리를 통해 또다른 탄소, 수소, 산소, 질소, 할로젠 등 여러가지 원자가 결합한 탄소 화합물을 만들어 냅니다.

탄소는 생명체의 구성원소로 생명활동의 근본이 되며, 화석연료, 식량, 대부분의 의약품과 우리 생활 주변에서 사용되고 있는 많은 석유화학 제품 모두 탄소화합물로 구성되어 있습니다. 여러분이 화학과 관련된 학과에 진학한다면 현재까지 수천만 종이 알려져 있고, 매년 수만 종의 새로운 물질이 발견되고 있다고 하는 탄소화합물을 주 내용으로 하는 유기화학이라는 학문을 배우시게 될텐데요. 화학교육과를 졸업한 선생님은 대학교 때 유기화학을 2년동안이나 배우면서 탄소화합물의 양이 엄청나다는 사실을 몸소 느꼈답니다.


탄소의 동소체

 

 

 
동소체란 동일한 원소로 만들어졌지만 결합상태와 성질이 다른 물질을 말합니다.

 

우리가 쉽게 접할 수 있는 탄소의 동소체 중 하나가 흑연인데요.

흑연은 탄소 원자 1개에 3개의 탄소 원자가 평면에서 정육각형 모양으로 결합한 층상 구조의 물질로, 층 사이의 결합력이 약하여 부스러지기 쉽습니다. 특히 결합에 사용하지 못한 홀전자때문에 흑연은 다이아몬드와는 달리 전기전도성을 가지고 있습니다. 그래서 선생님은 중학교 3학년 학생들에게 전기와 자기 단원을 가르칠 때 전기가 흐르는 도선 대신 연필심을 이용한 실험을 주로 하였는데, 학생들이 연필심이 전기가 통한다는 사실을 자연스럽게 알게 되었겠죠?

탄소의 또다른 동소체인 다이아몬드는 각 4개의 탄소원자가 정사면체 모양으로 강하게 결합한 그물 구조의 물질로, 매우 단단합니다. 예전부터 보석으로 쓰였지만 단단하기 때문에 금속, 유리 등의 표면을 깎거나 평활하게 하기 위하여 사용하는 연마제로 사용되기도 합니다.

그밖에 풀러렌은 60개의 탄소 원자가 정오각형과 정육각형의 모양으로 연결되어 규칙적으로 반복되는 물질로 축구공과 비슷한 모양이며, 신소재로 급부상 중인 그래핀은 6개의 탄소 원자가 정육각형 모양으로 연결된 평면 구조이고, 탄소 나노튜브는 탄소 원자 6개가 정육각형 모양으로 연결된 관 모양을 이룹니다.

우리의 곁에서 여러 모습을 통해 도움을 주는 고마운 탄소. 능력이 많은 탄소를 잘 활용하여 지구와 인간 모두 살기 좋은 환경을 만들기 위해 다 함께 노력해봐요!

 

  

 

 

선생님의 한마디

 

 

북극의 빙하가 녹아 북극곰이 살아갈 터전을 잃어가고 있다는 뉴스를 본적이 있나요?
여러분도 개인적으로 지구 온난화를 막기 위해서 탄소 배출량을 제한하거나 재활용, 분리수거를 하는 등의 노력을 하고 있겠지만 선생님이 좋은 제도 하나를 알려드리려고 해요!

바로 “탄소 포인트제”입니다. 정부가 온실가스 감축 및 저탄소 녹색성장에 대한 시민의식과 참여 확대를 위해 도입한 제도입니다. 그림과 같은 탄소 포인트제 가입 확인서를 작성하면 탄소 절감을 실천하고 이에 따른 혜택도 받을 수 있어요. 

전기, 수도, 가스 등 에너지 절약 시 탄소 포인트를 쌓을 수 있어요. 지급 받은 탄소 포인트는 현금, 탄소캐쉬백, 교통카드, 상품권, 종량제 쓰레기봉투, 공공시설 이용 바우처, 기념품 등 지자체가 정한 범위 내에서 사용이 가능하다고 하네요.

에너지 절약도 하고 인센티브도 챙기고 일석이조 아닌가요~? 여러분도 탄소 포인트제에 가입해서 선생님과 함께 녹색 지구를 살리는 보람찬 활동을 해보아요 :D

 

 

 



 

 

 

 

 

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