Nitrogen   질소

1. 질소 (N, Nitrogen, 窒素)

  ㅇ 원자번호 : 7
  ㅇ 주기율표 : 15 족 (5A 족) 2 주기 
  ㅇ 전자배치 :	[He] 2s22p3
  ㅇ 원자가 전자 (최외각 전자) 수 : 5개
  ㅇ 원자가 : 3가 (trivalent)
  ㅇ 원자량 : 14.00643, 14.00728 g/mol
  ㅇ 밀도   : 1.251 g/L (0℃)
  ㅇ 전기음성도 : 3.04
  ㅇ 녹는점 : -210 ℃ 
  ㅇ 끓는점 : -195.79 ℃
  ㅇ 발견 : 1772년 다니엘 러더퍼드


2. 질소의 물성

  ㅇ 비금속
  ㅇ 무색,무미,무취,투명
  ㅇ 상온에서, 기체
  ㅇ 공기(대기)의 약 78%
  ㅇ 생명의 필수 원소
  ㅇ 일상 온도,압력에서, N2 기체로 존재
     - 질소 원자 1개 보다, 질소 기체 분자(N2)로 존재함이 에너지적으로 더 안정
  ㅇ 비활성, 반응성 낮음
     - N2 분자는, 강한 삼중 결합(941 kJ/mol, :N≡N:)으로, 반응성이 매우 약함


3. 질소의 순환과 고정

  ㅇ 질소 순환 (Nitrogen Cycle)
     - 생태계에서, 질소가 생물체가 행하는 질소 대사에 의해, 생물계와 비생물계 간을 순환하는 것
     - 이때, 질소 고정이 커다란 역할을 수행 함

  ㅇ 질소 고정 (Nitrogen Fixation)
     - 대기 중 질소 기체(N2)를, 생명체가 생리,화학적으로 이용할 수 있도록, 
       암모니아(NH3) 등 질소를 함유하는 질소 화합물로 바꾸는 과정


4. 질소의 용도 및 제조

  ㅇ 질소의 용도
     - 액체 질소는 식품 보관, 냉매 등으로 활용
        . 질소의 끓는점이 –196℃로 매우 낮으므로, 액체 질소는 냉각제로 이용됨
     - 기체 질소는, 비활성, 반응성이 낮으므로,
        . 모피,식품 등과 함께 밀폐시켜 장기 보관
        . 산소,물과의 반응 억제용
     - 비료 생산
        . (비료의 3요소 : 질소, 인, 포타슘)
     - 폭약, 에어백 등

  ㅇ 질소의 제조
     - 공기를 가압,냉각시키고(공기 액화), 끓는점 차이를 이용하여, 질소,산소 등으로 분리


5. 질소의 무기 화합물

  ㅇ 암모니아 (NH3, Ammonia) : 질소 수소화물
     - 화학적 특징
        . 분자식 : NH3 (
[#\overset{..}{N}H_3 #]
)
        . 구조식 : 
        . 모양 : 삼각뿔 구조
           .. 질소 원자 주변에, 1개의 고립전자쌍과 3개의 극성인 N-H 결합들을 갖음 
        . 끓는점 : 약 -33 ℃ (실온에서 기체)

     - 용도
        . 수소,질소를 반응/합성시켜, 암모니아(NH3)를 만들고, 이로부터 비료를 생산함
        . 식물체에 대한 질소 공급원 (단백질 생성에 필요)
        . 폭탄의 원료, 플라스틱, 의약품 제조 등

     - 제조 : 하버 보슈 법 (Haber-Bosch Process) 
        .  N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)
           .. (촉매 : 철과 산화 철의 혼합물 사용)
        . 프리츠 하버 (Fritz Harber, 1868~1934, 독일 화학자)
           .. 공기 중의 질소로 암모니아 합성 방법을 연구 개발하여,
           .. 화학 비료의 원료로 사용할 수 있게 함으로써,
           .. 식량 위기를 극복한 업적으로, 1918년 노벨상 수상
   
     - 특징
        . 독성이 있고, 무색이며, 자극성 냄새를 갖음
        . 냉각에 의해 액화가 됨
        . 약 염기

  ㅇ 무기 질소 화합물(암모니아, 아세트산 등)은,
     - 단백질,아미노산 등 유기물의 구성 성분이 됨

  ㅇ 이산화 질소 (NO2) (아질산 가스, 과산화질소)
     - 대표적인 질소 산화물로, 자극적인 냄새가 있는 유해한 가스
     - 공장,자동차 등에서 연소시 배출하는 대기 오염 물질
     - 적갈색 기체


6. 질소의 유기 화합물

  ㅇ 니트로글리세린
     - 폭약의 원료, 심장 동맥 확장을 위한 협심증 약 등으로 쓰임


7. 질화물 (Nitride)

  ㅇ 종류
     - 이온결합성 질화물 
        . MI3N형 (MI＝ Li, Na, Cu 등), MⅡ3N2형 (MⅡ＝ Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd 등)
     - 공유결합성 질화물 : NH3, N2N4, NCl3, S4N4 등 

  ㅇ 질산 (Nitric Acid, HNO3)
     - 무색의 발연성 액체
     - 대표적인 강산
     - 산화력과 부식성이 매우 강한 물질 (구리나 은도 녹임)
     - 질산을 만드는 공정 : Ostwald 공정 등

  ㅇ 질산 암모늄 (Ammonium Nitrate, NH4NO3)
     - 질산(산)과 암모니아(염기)가 반응(중화)하여 생성되는 염
     - 용도 : 비료,폭약,냉각제,효모 배양의 양분,인쇄 등