질소 계열

질소 계열은 질소, 인, 비소, 안티몬, 비스무트 등 주기율표의 그룹 15를 구성하는 5 가지 원소로 구성됩니다. 이 다섯 가지 요소는 하나의 중요한 구조적 특성을 공유합니다. 모두 원자의 가장 바깥 쪽 에너지 레벨에 다섯 개의 전자를 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 물리적 특성과 화학적 행동 모두에서 서로 현저하게 다릅니다. 질소는 비금속 가스입니다. 인은 고체 비금속입니다. 비소와 안티몬은 준 금속입니다. 비스무트는 전형적인 금속입니다.

질소

질소는 녹는 점이 -210 ° C (-346 ° F)이고 끓는점이있는 무색, 무취, 무미 가스입니다. -196 ° C (-320 ° F). 대기에서 가장 풍부한 원소로 지구를 둘러싼 공기의 약 78 %를 차지합니다. 그러나이 원소는 지구 지각에서 훨씬 덜 일반적이며 (갈륨과 함께) 풍부하게 3 분의 1에 해당합니다. 과학자들은 지각 암의 평균 질소 농도가 약 19ppm으로 추정됩니다. 네오디뮴, 란탄, 이트륨, 스칸듐과 같은 원소이지만 리튬, 우라늄, 텅스텐,은, 수은, 백금과 같은 잘 알려진 금속보다 더 큽니다.

질소는 주로 인도에서 발견되는 질산 칼륨 (염산염)과 칠레의 사막 지역과 남미의 다른 지역에서 주로 발견되는 질산 나트륨 (칠레 질산염)입니다. 질소는 모든 생물체에서 발견되는 단백질의 필수 구성 요소이기도합니다. .

1772 년에 질소를 발견 한 공로는 스코틀랜드의 의사 Daniel Rutherford (1749–1819)에게 제공됩니다. 다른 세 과학자 인 Henry Cavendish, Joseph Priestley, Carl Scheele도 발견했다고 주장 할 수 있습니다. 엘레 거의 동시에. 질소는 물질이 밀폐 된 공기 샘플 (공기의 산소 성분을 제거함)에서 연소 될 때 남은 생성물로 처음 확인되었습니다.

사용. 질소의 산업적 사용은 지난 수십 년 동안 극적으로 증가했습니다. 현재 연간 약 570 억 파운드 (260 억 킬로그램)의 생산량으로 미국에서 두 번째로 가장 널리 생산되는 화학 물질로 선정되었습니다.

원소의 가장 중요한 응용 분야 화학적 불활성 (비활성)에 따라 달라집니다. 산소의 존재가 유해 할 수있는 야금 공정에서 블랭킷 대기로 널리 사용됩니다. 예를 들어, 철과 강철의 가공에서 금속 위에 질소 블랭킷을 배치하면 산소와 반응하여 최종 제품에서 바람직하지 않은 산화물을 형성합니다.

탱크, 파이프 및 기타 종류의 용기를 질소로 정화 (퇴적물 또는 갇힌 공기 제거)하면 화재 가능성을 예방할 수 있습니다. . 예를 들어 석유 산업에서 공기가있는 상태에서 유기 화합물을 처리하면 화재가 발생할 가능성이 있습니다. 이는 반응물을 순수한 질소로 덮어 피할 수 있습니다.

질소는 또한 전자 부품 생산 nts. 컴퓨터 칩 및 기타 전자 장치의 조립은 모든 재료를 질소 대기에 잠기 게하여 사용중인 재료의 산화를 방지 할 수 있습니다. 질소는 식품 가공 과정에서 보호 제로 자주 사용되어 부패 (산화)가 발생하지 않습니다.

질소의 또 다른 중요한 용도는 발명가의 이름을 딴 하버 공정에 의한 암모니아 생산에 있습니다. , 독일 화학자 Fritz Haber (1868–1934). Haber 공정은 질소와 수소와 같은 원소에서 암모니아를 직접 합성하는 과정입니다. 두 가스는 특정 조건에서 결합됩니다. (1) 온도는 500 ~ 700 ° C (900 ~ 1300 ° F) 여야하며, (2) 압력은 수백 기압이어야하며, (3) 촉매 (속도를 높이는 것) 화학 반응) 미분 니켈과 같은 존재해야합니다. 이 방법으로 생산되는 암모니아의 주요 용도 중 하나는 합성 비료 생산입니다.

생산되는 모든 질소의 약 1/3이 액체 형태로 사용됩니다. 예를 들어, 액체 질소는 식품을 급속 냉동하고 운송중인 식품을 보존하는 데 사용됩니다. 또한 액체 질소의 매우 낮은 온도는 일부 재료를 다루기 쉽게 만듭니다. 예를 들어, 대부분의 고무 형태는 실온에서 가공하기에는 너무 부드럽고 유연합니다. 그러나 먼저 액체 질소로 냉각 한 다음 훨씬 더 단단한 형태로 처리 할 수 있습니다.

세 가지 질소 화합물도 상업적으로 중요하며 전통적으로 미국에서 생산되는 상위 25 개 화학 물질 중 하나입니다. 암모니아 (1990 년 6 위), 질산 (1990 년 13 위), 질산 암모늄 (1990 년 14 위)이다. 이 세 가지 화합물은 모두 농업에서 합성 비료로 광범위하게 사용됩니다. 예를 들어, 생산 된 암모니아의 80 % 이상이 합성 비료 생산에 사용됩니다.

농업 적 역할 외에도 질산은 폭발물 생산에 중요한 원료입니다. 트리니트로 톨루엔 (TNT), 화약, 니트로 글리세린, 다이너마이트 및 무연 분말은 모두 질산으로 만든 폭발물의 예입니다. 생산되는 질산의 약 5 % 이상이 나일론 제조에 사용되는 아 디프 산 및 관련 화합물의 합성에도 사용됩니다.

인

인은 세 가지 동소체 형태로 존재합니다. (동일 물질의 물리적 또는 화학적으로 다른 형태) : 흰색, 빨간색, 검은 색. 흰색 형태의 인은 매우 활동적이고 밀랍 같은 고체로 공기에 노출되면 자연적으로 불이 붙습니다. 대조적으로, 적린은 상대적으로 불활성 (비활성) 인 붉은 분말입니다. 화염에 노출되지 않으면 불이 붙지 않습니다. 인의 녹는 점은 44 ° C (111 ° F)이고 끓는점은 280 ° C (536 ° F)입니다. 이것은 지구 지각에서 열한 번째로 가장 풍부한 원소입니다.

인은 항상 인, 산소 및 적어도 하나 이상의 원소로 구성된 화합물 인 인의 형태로 발생합니다. 지금까지 가장 풍부한 원소입니다. 지구상의 인 공급원은 인회석으로 알려진 미네랄 계열입니다. 인회석에는 인, 산소, 칼슘 및 할로겐 (염소, 불소, 브롬 또는 요오드)이 포함되어 있습니다. 플로리다주는 세계 최대의 인 생산국입니다. 인은 세계에서 생산되는 모든 원소의 약 1/3을 담당합니다.

인은 또한 모든 살아있는 유기체에서 발생하며 대부분 뼈, 치아, 뿔 및 이와 유사한 물질에서 발생합니다. 그러나 모든 세포에서 모든 생명체의 생존에 필수적인 화합물 형태로 발견됩니다. 탄소와 질소처럼 인은 환경을 통해 순환됩니다. 그러나 일반적인 기체 화합물이 없기 때문에 인 순환은 전적으로 지구 지각의 고체 및 액체 (물) 부분 내에서 발생합니다.

용도. 산업에서 사용되는 모든 인의 약 95 %가 인 화합물의 생산.이 중 가장 중요한 것은 인산으로, 산업에서 사용되는 모든 인의 약 83 %를 차지합니다. 안전 성냥의 제조에 사소한 사용이 있습니다.

인산 . 인산 (H3PO4)은 일반적으로 미국에서 가장 널리 생산되는 화학 물질 중 약 7 위를 차지합니다. 다양한 형태로 전환되어 합성 비료 제조에 사용되며, 그 중 약 85 %를 차지합니다. 인산의 다른 용도로는 비누 및 세제 생산, 수처리, 금속 세척 및 방청, 가솔린 첨가제 제조, 동물 사료 생산 등이 있습니다.

한 번에 큰 시간 인산의 양은 나트륨 트리폴리 포스페이트 (STPP)로 알려진 화합물로 전환되었습니다. 차례로 STPP는 합성 세제 제조에 사용되었습니다. 그러나 STPP가 환경으로 방출되면 연못과 호수와 같은 수역에서 조류의 주요 영양소 역할을합니다. 인산염 배출의 결과로 1970 년대와 1980 년대에 거대한 조류 번식이 증가하면서 결국이 화합물을 세제에 사용하는 것이 금지되었습니다. 결과적으로이 화합물은 더 이상 상업적으로 중요하지 않습니다.

비소와 안티몬

비소와 안티몬은 모두 준 금속입니다. 즉, 때로는 금속처럼 행동하고 때로는 비금속처럼 행동합니다. 비소는 공기에 노출되면 변색되는 은회색 취성 금속입니다. 그것은 검은 색과 노란색의 두 가지 동소체 형태로 존재합니다. 녹는 점은 28 기압에서 817 ° C (1502 ° F)이고 끓는점은 613 ° C (1135 ° F)로 승화 (고체에서 증기 상태로 직접 전달)됩니다. / p>

안티 모니는 검은 색과 노란색의 두 가지 동소체 형태로도 나타납니다. 녹는 점이 630 ° C (1170 ° F)이고 끓는점이 1635 ° C (2980 ° F) 인 은백색 고체입니다. 비소와 안티몬은 모두 현대 화학이 탄생하기 전 (적어도 15 세기 초)에 확인되었습니다.

비소는 지구 지각에서 비교적 드문 원소로 풍부도 순으로 51 위를 차지합니다. 구리와 납 제련소 (용해에 의해 분리 된 금속)에서 얻은 연도 분진은 일반적으로이 두 가지 요소와 결합하여 발생하기 때문에 실제로 상업적으로 생산됩니다. 비소, 원소 중 62 위. 이것은 철 금속과의 반응에서 얻어지는 광물 스티브 나이트 (황화 안티몬)로 가장 자주 발생합니다.

용도. 비소는 쇼트, 배터리, 케이블 커버, 보일러 튜브 및 특수 종류의 땜납 (함께 결합하는 데 사용되는 용융 금속 합금)에 사용되는 합금 (2 개 이상의 금속 또는 금속과 비금속의 혼합물) 생산에 널리 사용됩니다. 다른 금속 표면). 매우 순수한 형태로 많은 전자 장치의 필수 구성 요소입니다.전통적으로 비소 화합물은 쥐와 다른 해충을 죽이는 데 사용되어 왔지만 대부분 다른 제품으로 대체되었습니다.

Antimony는 또한 인기있는 합금 원소입니다. 그 합금은 볼 베어링, 배터리, 탄약, 땜납, 금속 유형, 시트 파이프 및 기타 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 금속 유형에서의 적용은 특히 흥미로운 특성을 반영합니다. 대부분의 재료와 달리 안티몬은 액체에서 냉각되고 응고됨에 따라 팽창합니다. 그 때문에 문자 모양으로 다이에 부어 넣은 금속은 식 으면서 팽창하여 다이의 모든 부분을 채 웁니다. 이 과정에서 형성된 문자는 선명하고 날카로운 모서리를 가지고 있습니다.

Bismuth

Bismuth는 흥미로운 붉은 빛이 도는 전형적인 은색 금속입니다. 녹는 점은 271 ° C (520 ° F)이고 끓는점은 1560 ° C (2840 ° F)입니다. 이것은 지구 지각에서 가장 희귀 한 원소 중 하나로 추정 된 75 개 원소 중 69 위를 차지합니다. 가장 일반적으로 광물 비스무트 (산화 비스무트), 비스 무티 나이트 (황화 비스무트) 및 비 스무 타이트 (옥시 탄산 비스무트)로 발생합니다. . 비소 및 안티몬과 마찬가지로 비스무트는 일찍이 15 세기에 연금술사로 알려진 예비 화학자들에 의해 확인되었습니다.

상업적으로 생산 된 거의 모든 비스무트는 다음 두 가지 용도 중 하나에 사용됩니다. 합금 또는 기타 금속 제품 및 의약품에 사용됩니다. 가장 흥미로운 합금 중 일부는 저온에서 녹고 자동 스프링클러 시스템에서 사용할 수있는 합금입니다. 비스무트 화합물은 위장 장애, 습진 (a 피부 질환), 궤양, 페이스 파우더 제조에 사용됩니다.