LG사이언스랜드

전체메뉴보기 검색 과학상자

연필심은 왜 검은색만 있는거죠? 목록

탄소는 지구상에서 13번째로 많은 원소로 원자번호는 6이고 질
량수가 10, 11, 12, 13, 14인 5종류가 있다. 모두 전자 6개 양
성자 6개이지만 질량수에 따라 중성자 개수가 다르다. 질량수
12인 것이 보통 존재하는 안정한 동위원소이지만 13인 것도 전
체 탄소 원소 중 1.108%의 비율로 존재한다. 그 밖의 것은 불
안정하며 극히 미량으로 존재한다.

질량수 14(14C)인 탄소는 강력한 에너지를 가진 우주선
(cosmic ray)에 의한 핵반응으로 1년에 약7.5kg 정도씩 만들어
진다. 14C는 약 5천7백년의 반감기를 가지고 있는 방사성 동위
원소로 대기 중의 이산화탄소 1012(1조)개 중의 하나 정도가
14C로 돼 있다. 지구상의 식물은 이런 이산화탄소를 이용한 광
합성 작용으로 유기물을 만들기 때문에, 유기질 유물에 남아있
는 14C의 양을 측정하면 유물이 제작된 연대를 알아낼 수 있다.

탄소는 6개의 전자를 가지고 있는데 2개의 전자는 원자핵에
매여 있고 나머지 4개의 전자가 외각전자로 있다. 이들 외각전
자가 어떤 배치를 하느냐에 따라 흑연이 될 수도 있고 다이아몬
드가 될 수도 있다. 4개의 전자가 공유결합을 위한 팔을 뻗어
정사면체의 꼭지점에서 다른 탄소와 결합을 하면 전기전도성이
없는 다이아몬드가 된다. 물론 결합력이 강해 경도가 높다.

반면 흑연은 4개의 전자 중 3개는 평면에서 1백20°로 결합
할 수 있는 팔을 만들고 나머지 한 개의 전자는 평면에 수직으
로 팔을 뻗어 다른 탄소와 결합돼 있다. 동일 평면상에서 결합
돼 있는 힘은 매우 강하나 아래위에 겹쳐져 있는 면들간의 결합
은 약하다. 따라서 흑연층간의 결합은 파괴되기 쉽고 윤활성이
좋다. 이러한 성질을 이용한 것이 연필심과 같은 것이다. 흑연
의 평면에 수직된 방향으로 결합을 이루고 있는 전자는 평면을
따라 쉽게 움직일 수 있어서 흑연은 전기를 잘 통하는 물질이
된다. 이런 전자들은 가시광선 영역의 빛을 모두 흡수하기 때문
에 흑연을 비롯한 탄소재료의 대부분이 검은색을 띤다. 반면 다
이아몬드는 탄소의 외각전자들이 모두 탄소와 탄소 사이에 묶여
있어서 가시광선을 흡수하지 못하기 때문에 투명하게 보인다.

결합하는 방법에 따라 흑연과 다이아몬드로 그 운명을 달리
한 탄소가 근래 들어서는 또 다른 모습으로 현대의 과학자들을
흥분시키고 있다. 그들은 다름 아닌 풀러렌과 탄소나노튜브. 이
들은 나노테크놀러지의 선두주자로 초전도체나 집적도가 어마어
마한 반도체로서 각광을 받고 있다.

아직 호기심이 해결되지 않았습니다.

회원 여러분이 함께 해결해주세요.

호기심 답변하기

주제!
관련주제가 없습니다.

호기심 질문하기

사진올리기 바로가기