탄소의 5가지 동소체(흑연, 다이아몬드, 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러렌)

소개글

탄소의 5가지 동소체 흑연, 다이아몬드, 그래핀, 풀러렌, 탄소나노튜브의 구조와 성질, 역사, 사용 예시 및 발전방향에 대한 리포트입니다.

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본문내용

탄소는 우주에서 4번째로 풍부한 원소로 우리의 일상생활에도 다양한 형태로 존재한다. 탄소화합물인 천연가스와 화석연료, 플라스틱을 위시한 탄소가 포함된 다양한 고분자 물질들과 인간의 몸에서 산소 다음으로 많은 구성 원소 역시 탄소이다.
지구상에는 이러한 탄소만으로 이루어진 물질들도 존재한다. 이들의 구성 원소는 오직 탄소 한 가지이지만 결합의 양상에 따라 다양한 성질을 띤다. 이렇듯 하나의 동일 원소로 이루어져 있음에도 모양과 성질이 다양한 물질들을 동소체라고 부른다. 탄소 원자의 동소체로는 대표적으로 흑연(graphite), 다이아몬드(diamond), 그래핀(graphene), 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(CNT, carbon nanotube)가 존재한다. 이들 다섯 동소체의 화학적 구조와 물성, 활용에 대하여 서술하고자 한다.

첫 번째로 서술할 흑연은 다이아몬드와 함께 가장 흔한 탄소 동소체이다. 탄소 원자는 4개의 최외곽 전자를 가졌는데 흑연은 화학적 구조상 평면에서 탄소 원자가 주변의 탄소 원자 3개와 120°의 각도를 이루고 있다. 이 때문에 공유 결합을 하지 못한 전자 하나가 남게 되고 이로 인해 흑연은 도체의 성질을 가지게 된다. 또한 이러한 평면 구조가 쌓이고 쌓여 층을 이루는데 각 평면을 잇는 힘은 공유 결합과 같은 강한 화학 결합이 아닌 상대적으로 약한 분자간의 결합인 반 데르 발스 힘이기에 흑연은 다른 탄소 동소체에 비해 쉽게 부서진다.
높은 내열성과 전기 및 열 전도성을 가졌으나 대기에 노출될 경우 산소로 인해 탄화되어 700℃ 이상의 환경에서 이산화탄소를 형성한다. 또한 윤활성을 가져 윤활제로 사용되지만 수분이 존재할 경우 알루미늄을 부식시킨다. 때문에 미 공군에서는 알루미늄 재질의 항공기의 윤활제로 흑연의 사용을 금지시킨 전례가 있다.
산업적으로 사용되는 흑연은 크게 천연 흑연과 인조 흑연 둘로 나뉜다.

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