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질소

질소는 원자번호 7, 원소 기호 N인 화학 원소다. 주기율표에서 2주기, 15족, p 블록에 위치한다. 실온에서의 기준 상태는 기체이며 전자 배치는 [He] 2s2 2p3이다.

원자번호7

표준 원자량[14.00643, 14.00728]

족15

주기2

블록p

전자 배치[He] 2s2 2p3

전자 구조

화학적 성질을 결정하는 요인

15족 원자는 다섯 개의 원자가 전자를 가진다. 세 개의 공유 결합을 만들거나 다중 결합에 참여할 수 있으며, 원소와 결합 상대에 따라 여러 산화 상태를 취한다.

전자 배치 [He] 2s2 2p3은 질소을 이 계열에 놓는다. 그러나 15족의 화학은 비금속인 질소·인에서 더 무겁고 금속성이 큰 원소로 갈수록 크게 변한다.

화학적 형태

화합물, 이온과 물질

15족에서는 수소화물, 산화물, 산소산·산소산 이온, 할로젠화물과 금속 화합물이 널리 나타난다. −3에서 양의 값까지 여러 산화 상태가 가능하며 원소가 무거워질수록 안정한 상태의 범위가 달라진다.

물리적 거동

상태와 상전이

실온에서의 기준 상태는 기체이다. 제시된 밀도는 1.251 g/L이다. 녹는점은 63.17 K (-210.0 °C), 끓는점은 77.36 K (-195.8 °C)이다. 압력, 순도와 결정 구조에 따라 실제 측정되는 물리적 성질은 달라질 수 있다.

존재와 활용

질소는 어디에서 발견되고 어떻게 쓰이는가

실제 활용에서 질소는 대기 · 비료 생산 · 극저온 기술 같은 분야와 관련된다. 어떤 경우에는 원소 자체가 아니라 특정 화합물, 합금 또는 동위원소의 성질을 이용한다.

실제 활용

실제 사용 사례

대기

질소는 공기나 대기 중 화합물에 자연적으로 존재하며 대기 화학에서 중요하다.

비료 생산

질소는 비료 화학 또는 식물에 필수 영양분을 공급하는 산업 공정에서 중요하다.

극저온 기술

질소는 매우 낮은 온도에서 냉각제, 작동 유체 또는 저온 특성을 이용하는 재료로 사용된다.

주기율표상의 위치

이웃 원소가 알려 주는 것

질소는 2주기 15족에 있다. 여기 표시된 주변 원소에는 탄소, 산소, 규소, 인, 황 등이 있다. 이 위치 관계를 이용하면 원자 크기, 이온화 에너지와 결합 성향이 주기율표에서 어떻게 변하는지 비교할 수 있다.

참고 데이터

물리적·원자적 성질

분류이원자 비금속

실온에서의 상태기체

전자 껍질2 · 5

밀도1.251 g/L

녹는점63.17 K (-210.0 °C)

끓는점77.36 K (-195.8 °C)

폴링 전기음성도3.04

1차 이온화 에너지1 402 kJ/mol

전자 친화도—

값은 해당되는 경우 원소 자체 또는 중성 원자를 기준으로 한다. 물리적 데이터는 동소체, 압력과 측정 조건에 따라 달라질 수 있다.

역사

발견과 확인

질소의 발견은 Daniel Rutherford와 관련되어 있다. 원소의 인식, 순수한 시료의 분리, 현대적인 원자번호의 부여는 반드시 같은 시기에 이루어진 것은 아니다.

동위원소와 원자량

동위원소 조성이 수치에 미치는 영향

표준 원자량은 [14.00643, 14.00728]의 범위로 제시된다. 자연 시료마다 동위원소 비율이 조금씩 달라질 수 있으므로 하나의 고정된 소수값만으로는 실제 변이를 나타내기 어렵다.

질소는 적어도 하나의 안정 동위원소가 있다. 동위원소는 양성자 수가 같아 같은 원소이지만 중성자 수와 원자 질량이 서로 다르다.

안전

취급과 노출

질소 기체 자체가 반드시 화학적으로 독성이 큰 것은 아니지만 밀폐 공간에서 산소를 밀어내 질식 위험을 만들 수 있다. 대량 취급에서는 환기와 산소 농도 관리가 중요하다.