안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
동소체는 같은 원소로 이루어져 있지만 원자 배열과 결합 방식이 달라 서로 다른 성질을 나타내는 물질을 뜻합니다. 대표적인 예인 탄소의 동소체, 흑연과 다이아몬드를 통해 그 이유를 명확히 알 수 있습니다.
다이아몬드는 탄소 원자 하나가 주변의 탄소 원자 4개와 빠짐없이 강한 공유 결합을 형성합니다. 이 결합들이 사방으로 균일하게 뻗어 나가면서 완벽한 3차원 정삼면체 그물 구조를 이룹니다. 모든 방향에서 결합이 단단하게 맞물려 있기 때문에 지구상에서 가장 단단한 천연 물질이 되며, 전자가 결합에 모두 묶여 있어 전기가 통하지 않는 부도체의 성질을 가집니다.
반면 흑연은 탄소 원자가 주변의 원자 3개와만 결합하여 평면상의 육각형 벌집 모양 구조를 만듭니다. 이로 인해 결합에 참여하지 않은 전자가 하나씩 남게 되는데, 이 자유 전자들이 평면을 따라 이동할 수 있어 전기가 잘 통하게 됩니다. 또한 흑연은 이러한 육각형 판들이 층층이 쌓인 구조인데, 판과 판 사이의 인력이 매우 약해서 손으로 문지르면 쉽게 미끄러져 분리됩니다. 연필심이 종이에 묻어나는 부드러운 특성이 여기에서 기인합니다.
이처럼 동일한 원소일지라도 원자들이 어떤 기하학적 형태로 배열되는지, 그리고 전자를 어떻게 공유하며 결합하는지에 따라 물질의 강도, 전기 전도성 같은 물리적, 화학적 성질이 완전히 달라지게 됩니다.