리즈님의 이글루

※ 이 글은 일본위키(http://ja.wikipedia.org)에 있는 글을 번역한 것입니다. 窒素로 검색했으며, 상업적으로 이용하지 않는 이상 문제는 없을 겁니다. 다만, 번역을 하면서 생긴 오역이나 탈자, 오타 등이 있을 수 있으니 사용할 때 주의 바랍니다.

※ 일본에서 퍼오다 보니 기준이 우리나라 기준이 아닌 JIS인 경우가 대부분입니다. 이점도 주의 바랍니다.

질소(窒素, Nitrogen)

일반 특성

명칭, 기호, 번호 : 질소, N, 7

분류 : 비금속

족, 주기, 블록 : 15(ⅤB), 2, p

밀도, 경도 : 1.2506 kgㆍm^-3, no data

색 : 무색

원자특성

질량 : 23.253 x 10^-24 g

원자량 : 14.0067 u

원자반경(계측량) : 65 (56) pm

공유결합반경 : 75 pm

VDW반경 : 155 pm

전자배치 : [He]2s²2p³

전자껍질 : 2, 5

산화수(산화물) : ±3, 5, 4, 2(양성산화물)

결정구조 : 육방최밀구조

물리특성

상 : 기체

녹는점 : 63.15 K (-209.86℃, -346.00℉)

끓는점 : 77.36 K (-195.79℃, -320.42℉)

몰부피 : 13.54 x 10^-3 m³ㆍmol^-1

기화열 : 2.7928 kJㆍmol^-1

액화열 : 0.3604 kJㆍmol^-1

증기압 : no data

소리가 전달되는 빠르기 : 334 mㆍs^-1 (293.15 K)

기타

클라크수 : 0.03%

전기음성도 : 3.04 (폴링)

비열용량 : 1040 Jㆍkg^-1ㆍK^-1

도전율 : no data

열전도율 : 0.02598 Wㆍm^-1ㆍK^-1

이온화에너지 : 제1 ; 1402.3 kJㆍmol^-1 , 제2 ; 2856 kJㆍmol^-1 , 제3 ; 4578.1 kJㆍmol^-1 , 제4 ; 7475 kJㆍmol^-1 , 제5 ; 9444.9 kJㆍmol^-1 , 제6 ; 53266.6 kJㆍmol^-1

(비교적) 안정동위체

  질소는 원자번호 7인 원소. 원소기호는 N. 공기 중에 78%나 함유되어 있고, 아미노산을 시작으로, 많은 생체물질에 포함되어 있어, 모든 생물에게 필수 원소이다.

  일반적으로 ‘질소’라고 하는 경우는, 질소의 홑원소인 질소분자(질소가스, N₂)를 가리킬 때가 많다. 질소분자는 상온에서는 무색무취로 상당히 안정한 기체. 액화한 질소분자(액체질소)는 냉각제로 자주 사용된다. 액체질소온도(-195.8℃, 77K)에서 액화한다.

역사

  질소는, 일찍이 물건이 타는 근원이라고 생각하고 있던 연소의 연구과정에서 발견되었고, 처음 홑원소분리를 했지만 특정을 짓기는 곤란하다. 772년, 다니엘 러더포드가 질소를 홑원소분리하고, 그 안에 생물을 넣으면 질식해서 죽어버리는 것에서 noxious air(유독공기)라고 명명했다(일본어 ‘질소’는 이것에 기인한 것이다). 거의 같은 시기에 칼 빌헬름 쉐레와 헨리 캐벤디쉬도 홑원소분리를 하였다고 알려져 있고, 쉐레는 산소를 ‘불의 공기’, 질소를 ‘못 쓸 공기’라고 명명했다.

  질소가 원소인 것을 발견한 것은 프랑스의 앙트와누 라부아지에로, 프랑스어로 ‘살아갈 수 없는 것’이라는 의미의 ‘azote'라고 명명했다. 질소의 영어명 Nitrogen은, 그리스어 Nitron(초석이란 뜻)과 genen(또는 genes, '만들다’의 의미)에서 유래했다.

  근년 수요에 따라, 2005년에 일본공업규격(JIS K 1107)에 규정순도가 높아졌다.

성질

  질소원자는 질소족원소의 하나. 생물에게는 상당히 중요하고 아미노산이나 단백질, 핵산염기 등, 모든 곳에 포함된다. 분해하면 생체에 유해한 암모니아가 되지만, 동물(특히 포유류)는 질소를 무해하게 수용성 요소로 대사하고 있다. 하지만, 저장은 불가능해서 그 대부분은 오줌으로 배설한다. 그래서 아미노산합성에 필요한 질소는 재이용이 불가능하여 지속적으로 섭취할 필요가 있다.

  다만, 대부분의 생물은 대기 중의 질소 분자를 이용할 수 없고, 미생물 등이 질소고정으로 만들어낸 질소화합물을 섭취하여 체내에 질소 원자를 받아들인다.

질소분자

  질소분자(dinitrogen)는, 화학식N₂로 나타내고, 상온상압에서 무색무취인 기체로서 존재한다. 녹는점 -210℃, 끓는점 -195.8℃, 비중 0.808(-195.8℃). 대기 중에 가장 많이 포함되어 있는 기체로, 대기 중의 농도는, 지상에서 거의 78%.

  또, 2004년에 질소를 1700도, 110만기압으로 압축하면, 질소원자가 3개의 팔로 벌집 모양을 형성하는 네트워크 '폴리질소(Polynitrogen)'을 만드는 것이 판명되었다. 이 폴리질소는, 핵병기를 제외한 최강의 폭약에 견주어도 5배 이상의 에너지를 가진다고 생각되어진다.

용도

ㆍ하버 보쉬법으로 암모니아를 생산하는 원료

ㆍ냉각제(액체질소, Liquid nitrogen) - 액체질소온도(-195.8℃)까지 냉각할 수 있고, 싼 가격으로 비교적 안전해서, 저온에서의 화학 및 물리학 실험, CPU 냉각, 공업용 플랜트, 수정란의 동결보존, 폭발물처리 등의 냉각에 이용된다.

ㆍ식품의 산화방지를 위한 봉입가스

ㆍ테크니컬다이빙용 호흡가스(나이트록스나 트라이믹스 등 혼합가스)

ㆍ소화기 가압분말식, 축압분말식의 압력원

ㆍ불활성가스로서의 특성을 살려, 타이어에도 사용되고 있다.

  질소가스의 2004년도 일본국내생산량은 9,058,978천 입방미터, 공업소비량은 3,594,480천 입방미터, 액화질소의 2004년도 일본국내 생산량은 2,222,270천 입방미터, 공업소비량은 361,051천 입방미터다.

질소화합물

  질소화합물에는, 암모니아나 질산과 같은 무기화합물에서, 각종 니트로화합물이나 복소환식 화합물 등의 유기화합물까지, 상당히 많은 종류가 있다. 여기에서는 주로 무기화합물에 대해 설명하겠다.

질소산화물

  질소와 산소로 만들 수 있는 화합물을 질소산화물이라고 한다. 약칭 NOx(녹스). 대기오염의 원인물질 중 하나이지만, 질소와 산소를 혼합하여 고온으로 가열하면 자연스럽게 생성될 수 있어서, 배출억제는 어렵다.

ㆍ아산화질소(웃음가스) N₂O

ㆍ일산화질소 NO

ㆍ삼산화이질소 N₂O₃

ㆍ이산화질소 NO₂

ㆍ사산화이질소 N₂O₄

ㆍ오산화이질소 N₂O₅

질소의 옥소산

  질소의 옥소산은 관용명을 가진다. 아래에 그것을 열거한다.

질화물

  질화물(nitride)이란, 질소와 질소보다 양성인(전기음성도가 작은) 원소로 구성된 화합물이다. 경우에 따라서는 아자이드화합물을 포함하는 경우도 있다.

질화붕소(BN)

질화탄소(C₃N₄)

질화규소(Si₃N₄)

질화갈륨(GaN)

질화인듐(InN)

질화알루미늄(AlN)

암모니아(NH₃)

질화요오드(I₃N)

그 외 질소화합물

염화질소(NCl₃)

클로라민

히드록실아민