원소로 보는 화학사 Vol.056, 원자번호 5번 '붕소'를 소개합니다.
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        원소로 보는 화학사 Vol.056, 원자번호 5번 ‘붕소’를 소개합니다.

        2019년 9월 4일

        지난 시간에는 자연상에서는 안전하지만, 핵분열을 통해 생성되면 우리 인체에 치명적인 스트론튬(Sr, 원소번호 38번)을 만나보았습니다. 오늘은 단일원소로 다이아몬드 다음으로 단단한 물질인 ‘붕소(B, 원소번호 5번)’에 대해 소개해 드리겠습니다.


        원자번호 5번 ‘붕소(B)’를 소개합니다.

        붕소(Boron)는 원자번호 5번으로 원소기호는 B입니다. 붕소는 붕사에서 얻어진 붕산을 분리해 생긴 원소로 금속과 비금속의 성질을 모두 가지고 있는 반금속입니다. 붕소의 홑원소 물질은 검은색 고체로 아주 단단하며 단일원소 중에서는 다이아몬드 다음으로 단단합니다. 붕소는 실온에서 고체 형태로 존재하며 여러 광물에서 발견되는 원소입니다. 자연에서 천연 상태의 붕소는 거의 찾아볼 수 없으나 붕소의 화합물은 다양한 용도로 이용되고 있습니다. 오래전부터 특수유리 및 에나멜 도료의 원료로 잘 알려져 있습니다. 철과 붕소의 합금인 페로붕소는 제철공장 등에서 용해된 금속이나 합금에서 산소를 제거하기 위하여 첨가한 첨가제인 탈산제로 사용됩니다. 또, 유리의 원료를 비롯하여 붕산염으로서도 다양한 역할을 담당합니다.

        ‘붕소’의 발견과 원소명의 유래

        붕소는 고대 중국과 아라비아 등에서 도자기 유약으로 쓰던 희백색 광석 ‘붕사(borax)’에서 추출한 원소로 그 기원이 아주 오래되었다고 알려졌습니다.

        1808년, 영국 화학자 험프리 데이비(Humphry Davey, 1778~1829), 프랑스 화학자 조제프 루이 게이뤼삭(Joseph Louis Gay-Lussac, 1778~1850)과 루이자크 테나르(Louis-Jacques Thenard, 1777~1857)는 붕사와 황산을 반응시켜 붕산(H3BO3)을 얻었고, 이를 포타슘(K)과 반응시켜 원소 상태의 붕소를 얻었습니다. 하지만 이때 얻은 붕소는 불순한 상태였습니다. 이후 1824년 베르셀리우스(J.J. Berzelius, 1779~1848)가 붕소는 원소 임을 확인했고, 1892년에는 프랑스의 무아상(H. Moissan, 1852~1907)d이 산화붕소와 마그네슘(Mg)을 반응시켜 순도 95~98%의 붕소를 얻었습니다. 최종적으로 순수한 붕소는 1909년에서야 얻을 수 있었습니다.

        붕소 ‘boron’은 봉사의 아랍어인 ‘buraq’ 에서 따왔습니다. 험프리 데이비는 붕소를 보라슘(boracium)이라 불렀는데 이후 베르셀리우스가 탄소(carbon)와 성질이 비슷하다는 이유로 ‘boron’이라 이름 붙였습니다.

        ‘붕소’는 어디에 사용될까요?

        순수한 붕소는 별로 이용되지 않으나, 화합물은 우리 주변에서 자주 활용됩니다. 탄소, 질소와 화합물을 형성한 탄화붕소, 질화붕소는 다이아몬드보다 단단해 방탄조끼, 군용 차량, 금속 연마제 등으로 널리 사용되고 있습니다. 유리에 산화붕소를 첨가하면 열팽창률이 낮아져 견고해집니다. 붕소는 값비싼 물질이 아니어서 대부분의 유리컵은 산화붕소를 이용한 내열 처리가 되어 있습니다.

        붕산을 물에 녹인 붕산수는 약산성으로 안약의 첨가물이나 소독액으로 이용합니다. 또한 바퀴류의 퇴치약으로도 쓰며, 규소에 첨가하면 다이오드나 트랜지스터 등의 전자 부품에 빼놓을 수 없는 재료가 됩니다. 탄소 화합물인 탄화붕소는 매우 단단해서 합금에 강화제로 첨가합니다. 그 뿐만 아니라 붕소가 높은 온도에서 산소 및 질소와 화합하는 성질을 이용해 용광로에서 발생하는 산소화 질소를 제거하는 데에도 이용합니다.

        붕소는 공업 분야에서도 중요한 원소입니다. 원자력 분야에서도 다양한 용도로 이용됩니다. 붕소의 동위원소인 붕소10은 중성자 흡수력이 커서 원자로 내의 중성자흡수 제어봉에 사용됩니다. 또한, 붕소를 첨가한 재료는 열중성자의 차폐제로 쓰입니다. 이외에도 의료 분야에서의 붕소 화합물은 뇌종양의 중성자선 치료에 활용되며, 농작물용 비료에는 붕산염이 다량 첨가됩니다.

        오늘은 홑원소물질로는 별로 쓰이지 않지만, 화합물로는 내열유리, 바퀴벌레 퇴치제 등 일상 곳곳에서 사용되는 ‘붕소(B, 원소번호 5번)’에 대한 다양한 이야기들을 들려 드렸습니다. 다음 이 시간에는 발광 다이오드(LED) 등 새로운 조명의 필수 원소인 ‘갈륨(Ga, 원소번호 31번)’에 대한 정보로 돌아오겠습니다.

         

        <내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

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