질소 N

발견의 역사

1770년대 여러 화학자가 물질을 태우거나 동물이 숨을 쉰 뒤 공기 속에 남는 기체를 연구했다. 발견자는 일반적으로 스코틀랜드의 의사 대니얼 러더퍼드로 본다. 그는 1772년 박사 논문에서 이 기체를 '해로운 공기'라고 부르며, 불꽃을 꺼뜨리고 쥐를 살리지 못하며 '고정 공기(이산화 탄소)'를 흡수하는 알칼리에도 흡수되지 않는다고 기술했다. 같은 시기 칼 빌헬름 셸레, 헨리 캐번디시, 조지프 프리스틀리도 이 기체를 연구했다.

앙투안 라부아지에는 이를 원소로 보고 아조트(azote)라고 불렀다. 20세기 초 프리츠 하버와 카를 보슈는 공기 중 질소를 수소와 결합해 암모니아를 만드는 공정을 개발했는데, 이는 역사상 가장 영향력이 큰 산업 발명 가운데 하나로 꼽힌다.

이름의 유래

영어 이름 nitrogen은 1790년 장앙투안 샤프탈이 만든 프랑스어 nitrogène에서 왔다. 초석(nitre, 질산 포타슘)과 '만드는'을 뜻하는 그리스어 -genes를 합친 말로, 이 기체가 초석의 성분이기 때문이다. 라부아지에의 이름 azote(생명이 없는)는 지금도 프랑스어와 화학 접두어 아조(azo-)에 남아 있다. 원소 기호는 N이다. 한국어 '질소(窒素)'는 '숨이 막히는 원소'라는 뜻으로, 독일어 Stickstoff(질식시키는 물질)와 같은 발상에서 나온 이름이다.

주요 용도

• 비료: 산업용 질소 대부분은 암모니아가 된 뒤 요소·질산 암모늄 등 비료로 바뀐다.
• 화학 제품·폭약: 질산, 나일론, 염료, TNT 같은 폭약이 모두 질소 화합물이다.
• 비활성 기체: 질소 기체는 식품 포장 속 공기를 바꾸고, 전자 부품 제조를 보호하며, 연료 탱크의 화재를 막는다.
• 극저온: 액체 질소는 생물 시료를 얼려 보관하고, 장비를 냉각하며, 기계 부품을 수축 끼움하는 데 쓰인다. 피부과에서는 사마귀 냉동 치료에 쓴다.

동위원소

질소의 안정 동위원소는 질소-14(약 99.6%)와 질소-15(약 0.4%) 두 가지다. 생태학자는 생물 조직 속 질소-15 비율로 먹이 사슬과 비료의 출처를 추적하고, 질소-15 표지 화합물은 NMR과 대사 연구에 쓰인다. 반감기가 약 10분인 방사성 질소-13은 암모니아 형태로 PET 검사에 쓰여 심장 근육의 혈류를 영상화한다.

생활 속 원소

우리는 늘 질소를 들이마시지만 몸은 질소 기체를 직접 쓰지 못한다. 사람은 음식 속 단백질에서 질소를 얻고, 식물은 토양 세균이나 비료에 의존해 질소를 고정한다. 잠수부가 너무 빨리 떠오르면 혈액에 녹아 있던 질소가 기포가 되어 감압병이 생기고, 깊은 물속에서는 질소가 술에 취한 듯한 질소 마취를 일으킨다.

자동차와 발전소에서 나오는 질소 산화물은 스모그와 산성비의 원인이 되고, 과도한 비료가 흘러들면 강과 연안에 녹조가 생긴다.