탄소, 炭素, Carbon
비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←라틴어: Carbonium 카르보니움)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, 12C와 13C는 안정적인 동위 원소지만 14C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다. 탄소는 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.
탄소는 지각을 구성하는 원소들 중에 15번째로 풍부하며, 우주에서 수소, 헬륨, 산소 다음인 4번째로 풍부한 원소이다. 이렇게 탄소는 풍부하며, 탄소 화합물로서 다양한 유기 화합물을 구성할 수도 있고, 상온 상태에서 중합체를 형성할 수도 있기 때문에 우리 삶은 탄소와 밀접한 관련이 있다. 예로서 탄소는 우리 몸에서 산소 다음인 두 번째로 풍부한 원소(18.5%)이다.
탄소는 다양한 동소체를 가지고 있으며, 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소 등이 있다. 탄소 동소체들은 물리적 성질에서 많은 차이를 보인다. 흑연은 불투명한 검은색이지만 다이아몬드는 매우 투명하다. 흑연은 종이에다 글씨를 적을 수 있을 정도로 연하지만 다이아몬드는 천연물 중에서는 가장 단단한 물질이다. 흑연은 좋은 전기 전도체이지만 다이아몬드는 전기 전도도가 낮다. 일반적으로 다이아몬드, 탄소 나노 튜브, 흑연은 지금까지 알려진 모든 물질 중에서 열전도율이 가장 높다. 모든 탄소 동소체들은 상온에서 고체이며, 흑연은 열역학으로 가장 안정한 구조이다. 또한 반응성이 큰 산소와 반응할 때도 높은 온도가 필요할 정도로 화학적으로 쉽게 반응하지 않는다.
무기화합물에서 탄소의 산화수는 일반적으로 +4이다. 다만 예외적으로 일산화 탄소와 전이금속 카보닐 복합체에서는 +2이다. 무기 탄소화합물은 대부분 석회암, 백운암, 이산화 탄소이지만, 석탄, 이탄, 석유, 메테인 하이드레이트 같은 유기적 침전물에도 상당히 많이 존재한다. 탄소는 다른 원소와 비교해서 수많은 화합물을 결합한다. 표준 조건 하에서 이론적으로 가능한 화합물은 지금까지 밝혀진 것만 약 1천만 개 정도이다. 그래서 탄소는 종종 '원소의 제왕'이라고 불렸다.
생명체는 유기체다. 유기체(organism, 有機體)는 유기물(organic compound, 有機物)로 이루어진 조직체다. 유기물은 '탄소(carbon)를 기본 골격으로 하여 생명 활동에 참여하는 화합물'을 말한다. 결국 생명체는 탄소 화합물이 기본이고 생명 현상은 탄소 화합물의 대사 과정이다.
화학적 진화는 탄소를 기본으로 하는 포도당, 아미노산, 지방, 핵산 같은 유기물을 만들었다(고 추측된다). 포도당은 모든 탄수화물의 기본 벽돌이 되었고 아미노산은 모여서 단백질이 되었다. 핵산은 DNA, RNA 같은 정보 분자가 되었으며 지방은 세포의 안과 밖을 구분 짓는 세포막이 되었다. 생명 탄생에 필요한 생명 분자가 모두 준비되었다.
탄소가 생명분자의 기본 물질로 선택된 것은 탄소 원자가 갖는 물질적 특성 때문일 것이다. 철이나 중금속처럼 너무 무겁거나 수소처럼 너무 가볍지도 않고 헬륨 네온 아르곤처럼 너무 안정적이어서 다른 원자와의 관계에 무관심하지도 않다. 그리고 나트륨 칼슘 마그네슘 또는 불소 염소처럼 양극단에 치우쳐서 전자를 주거나 뺐는데 목숨을 걸지도 않는다. 탄소는 주기율표의 중간쯤에 자리하면서 전자를 주기도 하고 받기도 하면서 다른 원자를 껴안는 것이 일상적이다. 이렇게 전자를 공동소유하며 다른 원자를 껴안는 것을 '공유결합을 형성한다'고 표현한다.
뿐만 아니라 탄소는 최외각에 4개의 전자를 가지고 있어서 팔을 뻗어 4방으로 다른 원자들을 껴안을 수 있는 구조적 특성도 가지고 있다. 이런 모든 특징이 화학적 진화과정 또는 생물학적 진화과정에서 생명체가 탄소를 기본 원자로 선택한 이유가 될 것이다. 이렇게 탄소는 탄소와 탄소 사이 또는 탄소와 질소, 산소, 황, 인 같은 다른 원자 사이의 공유결합을 통해 생명 분자들을 만들어 간다.
화학적 진화를 넘어 생명을 얻고 생물학적 진화를 통해 인지혁명을 이룩한 탄소는 호모 사피엔스로 탄생했다. 생물학적 진화 이후 만들어진 호모 사피엔스의 몸은 공기 중의 (이산화)탄소를 붙잡아 모은 탄소 화합물이다. 식물이 태양 에너지를 이용하여 탄소를 공유결합시켜 포도당을 만든다. 그 포도당이 밥 빵 삼겹살 술 등 모든 음식의 출발점이다. 잡식동물이며 탄소 화합물인 우리는 또 다른 탄소 화합물인 음식을 먹어야 몸과 마음을 유지할 수 있다.
우리는 탄소 화합물 음식에서 살과 뼈를 얻고 그 화합물의 공유결합 사이에 스며있는 태양 에너지를 뽑아내어 웃고 울고 싸우고 사랑하며 살아간다.