탄소 C

발견의 역사

탄소는 그을음과 숯의 형태로 선사 시대부터 알려져 있었다. 옛사람들은 숯으로 동굴 벽화를 그리고 금속을 제련했으며, 고대 인도에서는 다이아몬드를 귀하게 여겼다. 하지만 이처럼 전혀 달라 보이는 물질이 같은 원소라는 사실은 아무도 몰랐다.

1770년대 앙투안 라부아지에는 다이아몬드가 숯처럼 타서 '고정 공기', 곧 이산화 탄소가 된다는 것을 보였다. 1796년 스미스슨 테넌트는 같은 질량의 다이아몬드와 숯이 같은 양의 이산화 탄소를 만든다는 실험으로 다이아몬드가 순수한 탄소임을 증명했다. 오랫동안 납의 일종으로 오해받던 흑연은 1779년 칼 빌헬름 셸레가 탄소임을 밝혔다.

20세기에는 새로운 형태가 잇따라 발견되었다. 축구공 모양의 분자 C60, 풀러렌은 1985년 발견되어 1996년 노벨 화학상으로 이어졌고, 1991년에는 탄소 나노튜브가 자세히 보고되었다. 2004년 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프는 흑연 한 겹인 그래핀을 분리해 2010년 노벨 물리학상을 받았다.

이름의 유래

이름은 숯·석탄을 뜻하는 라틴어 carbo에서 왔으며, 라부아지에가 1789년 원소 목록에 carbone으로 올렸다. 원소 기호는 C다. 한국어 '탄소(炭素)'도 '숯(炭)의 원소'라는 뜻으로 라틴어 이름과 의미가 같다.

주요 용도

• 에너지: 석탄·석유·천연가스 같은 탄소 연료가 여전히 세계 에너지의 대부분을 공급한다.
• 강철: 철에 탄소를 조금 넣으면 강철이 되고, 코크스는 철광석을 환원하는 데 쓰인다.
• 소재: 흑연은 연필심·윤활제·배터리 음극재로, 탄소 섬유는 가볍고 강한 스포츠 용품과 항공기 부품으로 쓰인다.
• 산업: 다이아몬드는 단단한 재료를 자르고 연마하며, 활성탄은 물과 공기를 정화한다.
• 화학: 플라스틱·의약품·염료·용매는 모두 탄소를 바탕으로 한 유기 화합물이다.

동위원소

탄소의 안정 동위원소는 탄소-12(약 98.9%)와 탄소-13(약 1.1%) 두 가지다. 탄소-12는 원자 질량 단위의 기준이다. 탄소-13은 NMR 분광 분석과 위장 감염을 확인하는 호기 검사에 쓰인다.

탄소-14는 반감기 약 5,730년의 방사성 동위원소다. 대기 상층에서 끊임없이 만들어져 생물 몸에 들어가고, 생물이 죽은 뒤에는 일정한 속도로 줄어든다. 이를 이용하면 약 5만 년 전까지의 유기물 유물의 연대를 잴 수 있다. 이 방사성 탄소 연대 측정법을 개발한 윌러드 리비는 1960년 노벨 화학상을 받았다.

생활 속 원소

사람 몸무게의 약 18%가 탄소다. 식물은 광합성으로 이산화 탄소를 흡수하고 동물은 호흡으로 내보낸다. 화석 연료를 태우면서 대기 중 이산화 탄소 농도가 산업화 이전보다 크게 높아졌고, 이것이 기후 변화의 주요 원인이다.

불완전 연소로 생기는 일산화 탄소는 색과 냄새가 없는 유독 기체이므로, 연료를 태우는 기구가 있는 집에는 일산화 탄소 경보기를 두는 것이 좋다.