1. 탄소 (Carbon)
ㅇ 자연에 4번째(우주 전체로 4번째,지구에는 5번째)로 많이 존재하는, `비금속성` 원소
- 자연계 전체로 볼 때, 산소,수소 처럼 그렇게 풍부한 원소는 아님
ㅇ 규소가 지질학계의 기본인 것 처럼, 탄소는 생물학계의 기본임
- 규소는, 산소와 결합하여 바위,모래,흙의 성분인 규산염을 형성하는 지질학계의 기본
- 탄소는, 대부분 화합물 형태로 존재하며, 생명체 구성 물질이 모두 다량의 탄소를 함유
2. 탄소의 일반적 특성
ㅇ 금속 및 비금속 원소의 중간 위치
ㅇ 탄소 원자 크기가 작으므로,
- 거의 모든 원소인 다른 원자에 가까이 접근하여, 상대적으로 짧고 강한 결합을 이룸
- 특히, 수소(H),산소(O),질소(N),황(S),할로젠과 같은 비금속 원소들과 강한 공유결합을 형성
ㅇ 다양성이 매우 큰 원소
- 공유결합을 통해, 다양한 사슬 및 고리 화합물을 이룸 ☞ 유기화합물 참조
. 탄소 그 자신(탄소 사슬,탄소 고리 형성) 및 대부분의 다른 원소와 공유결합을 이룸
- 현재, 수백만종 이상의 탄소 화합물이 확인됨
3. 탄소의 화학적 특징
ㅇ 원소기호 : C
ㅇ 원자번호 : 6
ㅇ 주기율표 : 4족 2주기
ㅇ 전자를 채우는 순서(전자배위) : 1s2 2s2 2p2 ([He]2s22p2)
ㅇ 원자가전자 : 4개 또는 4가 (2s22p2)
- 바깥쪽 원자가껍질에 있는 이들 4개 전자가 공유결합에 다양한 형태로 참여
- 즉, 탄소 원자 하나가,
. 다른 탄소 원자들 또는 다른 원소의 원자들과 공유결합을 이룸
- 또한, 탄소 원자들간에,
. 단일결합,이중결합,삼중결합을 4개까지의 조합으로 이룰 수 있음 ☞ 4.항 참조
ㅇ 원자 반지름 : 0.077 nm
ㅇ 원자량 : 12.0107 g/mol
ㅇ 전기음성도 : EN = 2.5
- 2 주기 원소 중에서,
- 가장 금속적인 원소(Li,EN = 1.0)와 가장 비금속적인 원소(F,EN = 4.0)의 중간 정도로써,
- 양이온으로도 음이온으로도 되기 어려워, 이온결합 보다는,
- 대부분의 원소들과 공유결합 화합물을 이루게됨
ㅇ 상온에서 고체
- 끓는점 (4827 ℃), 녹는점 (3550 ℃)
4. 탄소의 다양한 화학결합 형태 ☞ 유기화합물 분류 참조
ㅇ 다른 원자와 4개의 결합을 형성화되, 단일결합 또는 이중결합 또는 삼중결합 형성 가능
- 4개의 단일결합 (例, CH4,메테인)
- 2개 단일결합과 1개 이중결합 (例, H2CO,포름알데하이드)
- 2개 이중결합 (例, CO2,이산화탄소)
- 1개 단일결합과 1개 삼중결합 (例, CH3CN,아세토나이트릴)
ㅇ 탄소 원자들끼리 긴 사슬 또는 고리 형태를 이룸
- 사슬형 구조 (Chain) : 긴 탄소 사슬
- 고리형 구조 (Ring) : 주로, 벤젠 고리를 포함하고 있는 방향족 화합물 등
5. 자연상태에서의 탄소
ㅇ 자연에서 탄소는, 3개의 동위 원소 형태로 존재함
- 원자량 12,13,14의 동위원소로써 존재
ㅇ 지구 내 0.09% 정도이지만,
- 모든 생명체를 구성하는 기본 원소 임
- 탄수화물,단백질,지방,호르몬,효소,섬유소 등의 주성분 (인체의 32%가 탄소로 됨)
ㅇ 탄소 순환 (carbon cycle)
- 지구의 생물권,지권,수권,대기권에서 일어나는, 탄소의 생물 지구 화학적 순환
ㅇ (탄소 화합물) 탄소 `유기화합물`은, ☞ 유기화합물 참조
- 수소,질소,산소,황,할로겐 원소 같은 비금속 원소들과 결합하여 무수히 많은 화합물 형성
- 주로, 탄소와 수소를 기본으로, 비금속 원소들과 연쇄적으로 화합물을 이루는 형태
ㅇ (탄소 화합물) 탄소 `무기화합물`은,
- 비교적 간단하게, 탄산염,산화물 등 정도 만을 일컬음
- 암석 형태 : 탄산염 (CO32- 음이온과 결합된 염)
. 탄산염 광물 : CaCO3(탄산칼슘,석회암 주성분), MgCO3, S2CO3 등
ㅇ (탄소 산) 탄산 (carbonic acid, 炭酸) (H2CO3)
- 이산화 탄소가 물에 녹아 생긴 산 (例, 탄산 음료)
ㅇ (탄소 기체) 일산화탄소(대기오염 물질), 이산화탄소(대기중 기체)
- 대기 중 기체 : 이산화탄소(CO2)
. 이산화탄소는 연소 반응에서 주로 생성되는 가스 형태이나 물에 녹기 쉬움
. 따라서, 생화학적 순환계에서 이를 다시 이용하며 순환이 됨
ㅇ (탄소 결정성 동소체) 흑연, 다이아몬드, 탄소나노튜브, 그래핀 등 ☞ 탄소 동소체 참조
- 그래핀(Graphene) : 흑연을 이루는 낱낱의 면 (벌집 육각형 그물 모양으로 배열된 평면 층)