화학 원소 이야기 - 질소

이번엔 질소(Nitrogen)에 대한 이야기를 해보려고 한다
공기 중에 가장 많이 있는 원소는 무엇일까?
바로 오늘 소개할 질소(N)이다.
질소는 원자번호 7번으로 원자 두 개가 삼중결합으로 강하게 연결된 이원자 분자로 대기 상에 존재하게 된다.
무색, 무취, 무미의 기체이며 지구상에 모든 생명체는 질소를 갖고 있다.

사람 몸에서 수소, 산소, 탄소에 이어 4번째로 많은 원소가 질소인데
이는 아미노산과 더불어 핵산(DNA RNA) 때문에 그렇다.

또 질소는 공업적으로도 많이 사용되는데 이는 암모니아, 질산, 사이안화물 등이 질소 원자를 가져서 그렇다
농업에 꼭 필요한 비료 산업에서도 암모니아와 질산염 같은 질소 화합물은 매우 중요한 역할을 하고 있다.
암모니아 같은 경우에는 노벨화학상을 수상한 프리츠 하버가
대기 중에 있는 질소를 농축해서 고온 고압에서 수소와 반응시키는 방법을 통해 암모니아를 합성함으로써
인공 질소 비료를 대량으로 만들 수 있는 토대를 마련했다.
이로써 인류는 식량난에서 벗어날 수 있었고, 이 업적을 통해 하버가 노벨화학상을 수상할 수 있게 되었다.
인공 질소 비료를 사용하는 이유는 질소의 순환 사이클이 지구 생태계에서 중요한 역할을 해서 그렇다.
대기 중의 질소가 유기 화합물로 이동하고 다시 대기 중으로 배출되는 이 사이클은 지구 생태계를 유지하는데
매우 큰 역할을 한다.

그 외에도 질소 화합물은 다양한 분야에서 사용된다.
인류의 건강에 큰 영향을 미친 항생제부터 마약성 진통제인 모르핀, 그리고 오늘날 많은 사람이 사랑하는
커피에 많이 있는 카페인까지도 질소화합물이다.

의류 산업에서도 질소를 살펴볼 수 있는데 대표적인 합성수지로 많은 사람이 알고 있는 나일론도 질소를 포함한
물질 중 하나이다.

위의 잠깐 언급된 노벨상을 만든 알프레드 노벨이 나이트로글리세린을 이용해서 다이너마이트를 개발하기도 했다.

공기 중에 가장 많은 원소가 질소라고 했는데 과연 몇 %나 있을까?
공기는 무려 78% 정도가 질소로 이루어져 있다.
독성과 인화성이 없고 일반적인 조건에서는 반응을 하지 않아서 앞글에서 설명한 적 있는 헬륨 등의 18족 기체와 마찬가지로 비활성 기체에 속하기도 한다.
독성이 있다면 공기 중에 78%가 질소이니 생물체가 호흡하는 데에 큰 문제가 있었을 것이다.
그러나 밀폐된 공간에서 산소가 없을 때 질소를 마시면 폐 속의 산소가 질소로 교체되서 의식을 잃을 수도 있고 심할 경우엔 사망에 이를 수 있다. 

질소가 인체에 해가 되는 경우를 더 알아보자면 최근 급속 냉동에 많이 사용되는 액체 질소의 경우
피부에 닿을 경우 피부 조직마저 급속 냉동 시켜버릴 수도 있다.
그리고 잠수병의 원인이 될 수도 있다.
잠수부가 깊은 수심에서 호흡할 때 신체로 들어온 질소가
높은 압력 때문에 혈액에 녹아들어 갈 수 있는데 다시 수면으로 올라온다면 대기압 정도로 기압이 낮아지면서
녹아 있던 질소가 기포가 되어 혈액을 돌아다니면서 잠수병의 원인이 된다.

이번 포스팅에서는 우리 주위에서 가장 흔하고 생태계뿐만 아니라 인체 구성 공업에서부터 제약 의류까지 다양한 분야에서 활용되고 있는 질소에 대해서 알아봤다.

전문적이진 않지만 최대한 쉽게 원소에 대한 이야기들을 풀어내려고 한다.
다음 포스팅도 실생활에서 많이 접할 수 있는 원소에 대한 포스팅으로 돌아오겠다.