질소 (N)
원자번호7번
2026년 4월 27일출제 횟수: 1정답률: 100%
🔬 과학 & 기술/화학
✏️편집자
지구 대기의 약 78%를 차지하는 기체로, 이름은 초석(질산칼륨)이라는 광물에서 유래했다.
질소(Nitrogen, N)라는 영문 이름은 그리스어 '초석(nitre)에서 생긴다(genes)'에서 따왔으며, 한자어 질소(窒素, 막힐 질·원소 소)는 독일어 Stickstoff(질식시키는 물질)에서 유래했다. 1772년 스코틀랜드 의사 다니엘 러더퍼드가 공기에서 산소와 이산화탄소를 제거하고 남은 기체를 분리한 뒤, 동물을 넣거나 불꽃을 가져다 대는 실험을 통해 이 기체가 불을 꺼뜨리고 생물을 질식시킨다는 사실을 확인했다. 이후 프랑스 화학자 앙투안 라부아지에가 이 기체가 원소임을 확인하고 '생명이 없다'는 뜻의 azote(아조트)라는 이름을 붙였다.
질소는 단백질과 DNA를 구성하는 핵심 원소로, 모든 생명체가 성장하고 세포를 유지하는 데 반드시 필요하다. 그러나 질소 분자(N₂)는 원자 두 개가 삼중결합으로 묶여 있어 결합을 끊기 매우 어렵기 때문에, 대부분의 생물은 대기 중 질소를 직접 흡수하지 못한다. 콩과식물 뿌리에 공생하는 뿌리혹박테리아 같은 특정 미생물만이 이 결합을 끊어 암모니아 형태로 변환할 수 있으며, 식물은 이 암모니아를 흡수해 단백질 합성에 쓴다.
이 미생물에 의한 자연 공급만으로는 대규모 농업을 뒷받침하기에 부족했고, 20세기 초까지 비료 생산에 한계가 있었다. 1908~1913년 독일 화학자 프리츠 하버와 카를 보슈가 고온·고압에서 질소와 수소를 반응시켜 암모니아를 대량 합성하는 하버-보슈 공정을 개발하면서 이 한계가 해결됐다. 현재 전 세계 식량 생산의 절반이 이 공정으로 만든 합성 질소 비료에 의존한다.
초석(질산칼륨, KNO₃)은 오랫동안 화약의 핵심 원료로 쓰였다. 화약이 연소할 때는 산소 공급원이 필요한데, 초석이 열을 받으면 산소를 내놓는 산화제 역할을 하기 때문이다. 질소는 이처럼 화약의 핵심 성분이 되기도 하지만, 반대로 매우 낮은 온도에서는 냉각재로도 쓰인다. 액체 질소는 −196 °C의 극저온 냉각재로, 생물 시료·혈액·생식 세포의 냉동 보존에 쓰인다.