안녕하세요, 송송입니다. 이번에도 원소 주기율표 친구들을 소개해보겠습니다.
바로 시작하겠습니다.
7. 질소 (N, Nitrogen)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 7 |
| 원자가 전자 수 | 5 |
| 원자량 | 14.00643 ~ 14.00728 |
| 녹는점 | -209.86 ℃ |
| 끓는점 | -195.8 ℃ |
| 밀도 | 0.0012506 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 기체 |
| 주요 화합물 | NH3(암모니아), KNO3(질산칼륨), NH4Cl(염화암모늄), No2(이산화질소) 등 너무 많음 |
| 동위 원소 | 14N(99.636%), 15N(0.364%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "초석(Nitre)과 생긴다(Genes)"
질소(N)는 우리 몸의 약 3%를 차지하고 있는 원소로 산소(O), 탄소(C), 수소(H) 다음으로 많습니다. 우리 몸속에 들어있는 질소 화합물은 아미노산[NH2CHRnCOOH(n=1 ~ 20)]으로, 단백질의 부품이 되는 화합물입니다. 아미노산은 총 20개의 종이 있으며, 어느 아미노산이 어떤 순서로 얼마만큼의 길이까지 연결되느냐에 따라 여러가지 단백질이 만들어지게 되죠.
아미노산의 중심인 탄소(C)에 수소(H), 카복실기(-COOH), 아미노기(-NF2), 곁사슬(아미노산의 성질을 정하는 부분) 등이 결합한 것으로, 이 가운데 질소는 아미노기에 들어있습니다.
질소 분자는 다이너마이트에 사용되었다는 사실 알고 계셨나요? 원래 다이너마이트는 니트로글리세린으로 되어있는데, 이는 질산과 진한 황산의 혼합물을 작용시켜 얻습니다. 현재 사용하는 다이너마이트는 폭발 시, 유해가스가 발생하지 않으면서 더 강한 폭발력을 갖도록 개량되었습니다.
질소 분자는 반도체 분야에서 N2 가스로 널리 사용되고 있습니다. 질소 가스는 불활성 기체로 안정적이기 때문에 진공 챔버에서 진공분위기를 대기압으로 치환해줄때(이를 VENT라 불림) 사용되고 있습니다. 또한, 불순물들을 제거하기 위한 가스를 분사할때에도 질소 가스로 퍼지하여 청결한 분위기를 만들고 있죠.
8. 산소 (O, Oxygen)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 8 |
| 원자가 전자 수 | 6 |
| 원자량 | 15.99903 ~ 15.99977 |
| 녹는점 | -218.4 ℃ |
| 끓는점 | -182.96 ℃ |
| 밀도 | 0.001429 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 기체 |
| 주요 화합물 | CO2(이산화탄소), CO(일산화탄소), H2O(물), SO2(이산화황), H2SO4(황산), 등 너무 많음 |
| 동위원소 | 16O(99.757%), 17O(0.038%), 18O(0.205%) |
- 원소 이름의 유래 : 그리스어 "산(Oxys)과 생긴다(Genes)"
산소(O)는 수소(H)와 더불어 물 분자를 구성하는 원소인데요, 대기 속에서는 부피 기준으로 약 21%의 비율로 존재하고 있습니다. 우리가 흔히 보는 불에 의해 물질이 타는 현상도 공기 속에 산소가 존재하기 때문입니다. 뿐만 아니라, 어렸을 때 집 밖에 자전거를 꺼내놓으면 자전거 부품(금속)이 녹스는 이유도 바로 산소 떄문입니다.
산소는 우리 인류가 살아가는 데 있어 필수적인 원소로 실생활에서 매우 중요한 친구입니다.
반도체 분야에서 산소는 보통 막(Film) 분야쪽에서 옥사이드 박막에 사용됩니다. 실리콘 웨이퍼의 경우, 산화막 도포 후 사용되게 됩니다.
9. 플루오린, 불소 (F, Fluorine)
| 분류 | 데이터 |
| 원자번호, 양성자 수 | 9 |
| 원자가 전자 수 | 7 |
| 원자량 | 18.998403163 |
| 녹는점 | -219.62 ℃ |
| 끓는점 | -188.14 ℃ |
| 밀도 | 0.001696 |
| 상온에서 홑원소의 상태 | 기체 |
| 주요 화합물 | HF(불화 질소), CF4(테트라플루오르메탄), NH3(삼불화질소), C2F6(헥사플루오르에탄), C4F8(옥타플루오르사이클로뷰테인) 등 |
| 동위원소 | 19F(100%) |
- 원소 이름의 유래 : 라틴어의 "형성(Fluorite)"
플루오린(F)은 반응성이 매우 높은 7족 원소로 헬륨(He)과 네온(Ne)을 제외한 모든 원소와 반응합니다. 일상생활에서는 플루오린 수지를 코팅한 프라이팬이나 냄비가 사용되고 있습니다. 플루오린은 치약에서도 사용되는데, 우리의 이(tooth)가 다시 석회의 성질을 찾도록 촉진시킨다. 밥을 먹고 나면 입안 내부는 산성이 되는데, 이때 이에서 칼슘이 녹아 나오는 것을 억제해주는 효과가 있다.
반도체 분야에서는 플루오린 가스가 널리 사용된다. 한창 일본과의 외교 관계가 좋지 않을 떄, 우린 반도체 분야에서 필수적으로 사용되는 불화수소(HF)의 수입이 막혔었다. 불화 수소는 반도체 세정 및 식각 공정에서 사용되고 있는데요, 반도체 소자의 집적도가 증가할수록 불량률을 최소화하기 위해 불순물을 제거해주어야합니다. 이때, 불순물을 제거해주는 역할을 하니 당연히 중요한 물질이 되었겠죠. 전엔 수입에만 의존했던 물질이지만, 현재 국산화가 완료되어 국내에서도 제작이 가능해졌습니다.
식각 공정에서는 실리콘을 식각할때 CF계 가스가 사용되고 있습니다.
그 이유는 아래 반응식을 보며 말씀드리겠습니다.
Si + CF4 → SiF4 (g) 여기서 생성된 SiF4 가스는 Boiling point가 -86 ℃로 매우 volatile한 물질힙니다.
따라서, 형성되자마나 휘발되어 날라가 없어지게 되는것입니다.
여기에 산소(O2)가스를 추가해서 넣어준다면,
CF4 + O2 → CO2 (g) 가 되어 F를 더 잘 분리시킬 수 있습니다.
매우 Toxic한 가스이기 때문에 반드시 사용하게 되면 이를 정화시킬 장비들을 구축해야만 합니다.
그럼 다음 포스팅에서 뵙겠습니다. 고생하셨습니다.