어린이과학동아&수학동아 기사

처음 써보는 짧은 기사입니다.

노잼주의.

연금술이라고 아시나요?  이 단어의 뜻은 몰라도 들어보지 못한 사람은 아마도 없을 것 같은데요,

연금술이란 여러 가지 물질을 섞어 금을 만드려고 하는 것을 말합니다.

이 연금술은 고대 그리스와 로마 그리고 이슬람 문명권과 유럽에서 19세기까지 약 2500여 년 동안 이루어져 왔습니다.

흠... 물질을 섞어 금을 만든다고? 미친사람 아니야? 라고 생각하시는 분들도 많으실 텐데, 이 연금술이 없었다면, 

지금의 화학은 이렇게 발전 할 수가 없었을 것입니다. 게다가 중력을 발견한 그 뉴턴도 연금술사였다고 합니다.

철을 금으로 바꾸기 위하여 평생을 바쳤다고 하는군요... (인내심 무엇.)

출처: 나무위키,연금술 

그런데! 저희는 연금술이 아닌 연다이아몬드술을 해볼것입니다!

다들 다이아몬드와 탄소가 같은 원소로 이루어져 있다는 것은 아시죠? 둘다 원자번호 6번 탄소로 이루어져 있습니다!

지구상에서 가장 흔한 연료인 탄소와, 가장 귀한 보석인 다이아몬드가 같은 원소로 이루어져 있다는 것입니다!

그렇다면, 이런 생각도 많은 분들께서 해보셨을 것 같은데요...

우리에게 가장 흔한 탄소, 연필의 흑연으로 다이아몬드를 만들어 볼 수 있지 않을까?

출처. 네이버 웹툰, 놓지마 정신줄

결론부터 말하자면, 가능합니다!

우아아아아아아아아아!!!! 이걸로 돈버는 거 아니야?

진짜 말도 안 되보이지만, 충~ 분히 가능합니다.

요즘 집에 압력솥 1개씩은 가지고 계실텐데, 이 안에다가 연필심을 잔뜩 넣고 며칠 동안 기다리면 됩니다. 압력솥이 멀쩡해야 하는데...

정말 간...단(?) 하죠?

이게 가능한 이유는 바로, 탄소분자의 결정구조를 바꿀 수 있기 때문입니다!

아까 흑연와 다이아몬드는 같은 원소로 이루어져 있다고 했습니다. 그런데 이 둘은 결정구조가 많이 다릅니다.

그래서 둘은 완전히 다른 성질을 보이게 되죠.

이와 같이 같은 원소로 구성되지만 이렇게 다른 성질을 보이는 물체를 유식한 말로 동소체라고 합니다!

  출처. 네이버 블로그,석탄과 다이아몬드

위의 사진에서 보시다시피

흑연에서의 탄소원자는 연속적으로 짜여진 정육각형의 각 꼭지점에 있고, 평면으로는 치밀히 연결되어 있지만, 수직방향으로는 원자간 거리가 많이 떨어져 있습니다. 즉 3차원적으로는 완전히 치밀한 구조를 이루지 못하는 것이죠.



반면에 다이아몬드결정에서는 탄소원자가 정사면체의 중심과 4꼭지점에 위치, 한개의 탄소원자가 4개의 탄소원자와 똑같은 거리, 똑같은 입체각을 유지하고 있다. 다시 말해 평면, 3차원적으로 모두 치밀하게 결합되어 있는 것 입니다.

본론으로 다시 돌아가기 전에 잠깐! 촉매라는것이 무엇인지 아나요?

촉매는 어떤 반응이 빠르게 일어날 수 있도록 하는 물질입니다.

예를 들어, 코끼리 치약 실험이라고 널리 알려져 있는, 과산화수소 분해 실험에서

과산화수소가 거품이 되게 하는 효모가 바로 촉매제 역할을 하는 것입니다.

출처. 유튜브, 허팝

네. 본론으로 돌아가죠.

흑연을 촉매제 없이 다이아몬드로 변하게 하려면, 3천℃ 이상의 고온과 10만기압 이상의 초고압이 필요합니다. 

하지만, 촉매제 역할을 하는, 철 니켈 등 금속을 흑연과 함께 가열하면 직접 변태압력(10만기압)과 3천℃ 만으로도 다이아몬드가 된다고 하네요!

이와 같이 흑연에 높은 열과 압력을 가하면 흑연의 결정구조가 바뀌면서 다이아몬드가 됩니다!

아까 압력밥솥이라고 했는데, 정말 높은 열과 압력을 주어야 하기 때문에 압력밥솥으로는 무리네요...

계속 이렇게 하면 우리는 10000수르가 될 수 있지 않을까? 라고 생각하실지도 모르겠지만, 

흔히 인조 다이아몬드라고 부르는 귀금속으로서의 가치는 없는 다이아몬드가 됩니다.

대신 단단한 것은 그대로죠! 그래서 인조 다이아몬드는 공업용 기구에 많이 쓰입니다!

이런 방법은 이미 많은 공장에서 이루어지고 있으니, 꼭! 도전 안 하시길 바랍니다..;;

네, 지금까지 연금술과 촉매제, 그리고 탄소에 대하여 설명했습니다.

처음 써보는 재미 없고 짧은 기사 읽어주셔서 정말 감사합니다!

오늘도 즐거운 하루 보내세요!