탄소로 이루어진 구조에 대해 알아보자.

탄소(C)는 흥미로운 원소입니다.  인간과 동식물 등 생물체를 이루는 분자들의 기본 요소이면서, 석탄, 석유, 천연가스 등 에너지원을 제공하는 원소지요. 오늘은 탄소로 이루어진 구조에 대해 정리해 보겠습니다.

 

1. 세상에서 가장 작은 축구공, 풀러렌

• 1980년대 스몰리(Richard E. Smalley; 1943-2005), 로버트 컬 2세(Robert F. Curl Jr.; 1933-),  크로토(Harold W. K; 1939-)가 발견함
• 탄소로 이루어졌지만 다이아몬드나 흑연과는 전혀 다른 성질을 가진 물질
• 분석한 결과 탄소 원자 60개로 이루어진 축구공 모양의 구조를 지니고 있음
• 다이아몬드보다 더 단단할 뿐 아니라 여러 독특한 성질을 지니고 있어서 많은 과학자들의 관심을 끌음
• 나노과학기술 발전의 계기가 됨
• 스몰리, 로버트 컬 2세, 크로토는 1996년도 노벨 화학상을 수상

빨대로 만든 플러렌 구조

 

 

2. 탄소 나노튜브

• 하나의 탄소 원자가 3개의 다른 탄소 원자와 결합된 구조
• 육각형의 벌집무늬를 이루고 있으며, 지름이 몇 나노미터 정도인 매우 미세한 대롱 형태의 튜브 구조
• 미세한 구조의 변화에 따라 도체, 반도체 등으로 특성이 변하고, 굵기는 머리카락의 10만 분의 1 정도
• 구리보다 전기 전도성이 높으며 열전달 능력도 매우 우수
• 차세대 반도체 재료로 꼽혀왔는데, 이를 이용한 반도체 소자가 실용화된다면 현재의 실리콘 반도체보다 집적도와 성능 면에서 훨씬 우수한 반도체 제품들을 만들 수 있을 것으로 기대됨
• 탄소 원자들 간의 결합력이 매우 강하기 때문에, 탄소나노튜브를 이용한 경량의 초강력 섬유를 개발하는 연구도 진행되고 있음
• 탄소나노튜브와 유사한 특성으로는 그래핀(Graphene)이 있음

빨대로 만든 탄소 나노튜브

 

3. 초등 영재수업에서의 탄소 구조 교수학습활동 아이디어

서울교대 초등 과학교육과 박일우 교수님께서 주신 아이디어입니다. 물리교육 시간에 들은 내용입니다. 4D프레임으로 시에르핀스키 삼각형 등 위상 수학만 가르칠 뿐만 아니라, 이렇게 탄소 구조물을 만들어 볼 수도 있었습니다. 수업에서는 흰색 빨대가 아니라, 커피 빨대를 잘라서 사용할 수 있는 방법을 배울 수 있었습니다. 각 변의 길이, 즉 빨대 하나의 길이가 2.2cm에 맞출 수 있게 테이프를 활용하여 일정 간격으로 자를 수 있습니다.  끼우는 게 손가락이 매우 아프긴 했는데요. 만들고 보니, 풀러렌 구조가 정말 탄성력 있어서 좋았습니다. 세상에서 가장 작은 축구공, 눈에 보이지 않는 탄소의 구조가 이렇다니 정말 신기했습니다!