규소 Si

발견의 역사

규소의 산화물인 실리카는 선사 시대 부싯돌 도구로 쓰였고, 이후 유리와 도자기의 재료가 되었다. 1787년 앙투안 라부아지에는 실리카가 미지 원소의 산화물이라고 짐작했고, 험프리 데이비는 이를 분해하려 했으나 실패했다.

1811년 조제프 루이 게이뤼삭과 루이 자크 테나르가 불순한 무정형 규소를 만들었을 가능성이 있지만, 발견자는 일반적으로 스웨덴의 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스로 본다. 그는 1824년 플루오린화 규산 포타슘을 포타슘과 함께 가열하고 생성물을 정제해 무정형 규소를 얻었다. 결정성 규소는 1854년 앙리 생트클레르 드빌이 처음 만들었다.

규소가 오늘날처럼 중요해진 것은 20세기 중반부터다. 큰 단결정을 키우는 기술과 대역 정제법이 개발되면서 트랜지스터 재료가 저마늄에서 규소로 바뀌었고, 1960년 무렵 첫 규소 집적 회로가 등장했다.

이름의 유래

영어 이름 silicon은 부싯돌을 뜻하는 라틴어 silex(속격 silicis)에서 왔다. 베르셀리우스는 silicium이라 불렀지만, 1817년 스코틀랜드의 화학자 토머스 톰슨이 비금속 성질을 반영해 boron·carbon처럼 '-on'을 붙인 silicon을 제안했다. 원소 기호는 Si다. 한국어 '규소(硅素)'의 '규(硅)'는 규석, 곧 실리카 광물을 뜻한다. 산업 현장에서는 '실리콘'이라는 말도 널리 쓰는데, 규소·산소·탄소로 된 고분자인 실리콘(silicone)과는 다른 물질이다.

주요 용도

• 전자: 반도체 칩은 순도 99.9999999% 이상으로 정제한 규소 웨이퍼로 만든다.
• 태양광: 대부분의 태양광 패널은 결정질 규소 전지를 쓴다.
• 합금: 페로실리콘은 제강에 첨가되고, 알루미늄-규소 합금은 엔진 부품으로 주조된다.
• 건축·유리: 실리카는 유리·콘크리트·시멘트·도자기의 주성분이다.
• 실리콘 고분자: 실리콘 실란트·윤활제·고무의 출발 원료다.

동위원소

규소의 안정 동위원소는 규소-28(약 92.2%), 규소-29(약 4.7%), 규소-30(약 3.1%) 세 가지다. 규소-29는 유리와 광물의 NMR 연구에 쓰인다. 규소-28을 농축해 만든 거의 완벽한 구는 원자 수를 정밀하게 세어 아보가드로 상수를 결정하는 데 쓰였고, 이는 2019년 킬로그램 재정의의 바탕이 된 연구 가운데 하나다. 규소의 방사성 동위원소는 널리 쓰이지 않는다.

생활 속 원소

모래·석영·화강암·점토에는 모두 규소가 풍부하며, 규소는 지각 질량의 약 28%를 차지한다. 규조류와 일부 식물은 실리카로 골격과 구조를 만든다.

채석·석재 가공·샌드블라스팅처럼 미세한 결정성 실리카 분진을 오랫동안 들이마시는 작업에서는 심각한 폐 질환인 규폐증이 생길 수 있어 분진 관리가 중요하다.