즐거운 일도 많았고 힘들었던 일도 많았던 2012년! 신나는 크리스마스도 지나고 보니 정말 몇 일 안 남은 2012년이 실감이 납니다. 그래서 남은 시간을 더욱 소중하게 보내려고 사랑하는 가족들, 친구들, 연인과 함께 하시는 분들이 많을 텐데요~ 이렇게 즐겁고 행복한 시간을 멋진 경치와 함께 하는 것은 어떨까요?
자연이 살아 숨쉬는 겨울 산이나 멀리 해외 여행을 떠나 멋진 경치를 감사하는 것도 좋지만 낮에는 보이지 않지만 밤이 되면 나타나는 도심의 야경도 좋은 추억을 만드는 한 가지 방법입니다. 특히 서울의 야경을 우리나라뿐만 아니라 세계적으로도 잘 알려진 멋진 야경으로 유명하죠? 고층 건물 유리창을 통해서 바라보는 서울의 밤은 정말 환상적입니다. 사람들은 투명한 유리창를 통해 멋진 야경도 보고 추위에서 몸을 보호할 수 있습니다. 이렇게 우리의 생활에 도움을 주는 유리창은 규소와 산소, 이 두 가지 원소로 이루어져 있는데요~ 오늘은 이렇게 많은 곳에 쓰이지만 우리가 잘 모르고 있던 규소에 대해 알아보도록 하겠습니다.
그래핀과 탄소나노튜브에 대해 들어보셨나요? 첨단 신소재로 각광을 받고 있는 두 물질은 그 전기적인 성질이나 물리적인 특성이 뛰어나서 각종 전자기기와 실생활 용품에 적용되기 위해서 많은 연구가 진행되고 있는 물질들 입니다. 한화케미칼에서도 이와 같은 그래핀과 탄소나노튜브와 같은 첨단 신소재에 대해서 많은 연구를 하고 있는데요~ 이 엄청난 두 신소재를 이루고 있는 원소는 알고 보면 탄소라는 것으로 이루어져 있습니다. 탄소는 지구상에 존재하는 생명체 몸 속에 가장 많이 존재하는 원소 중 하나로 우리가 사용하는 각종 생활 용품의 80% 이상이 탄소를 이용해 만들어 졌다 해도 과언이 아닐 정도입니다.
이렇게 탄소가 많이 쓰이는 이유는 가장 많이 존재하기 보다는 다른 원자와 연결될 수 있는 부분이 다른 원소들에 보다 많은 4개나 되고 만들어지게 되는 연결이 상당히 튼튼한 편이랍니다. 세상에서 가장 강한 강도를 지닌 다이아몬드 역시 탄소로 이루어진 물질이죠!
그런데 갑자기 규소 이야기를 하기로 해놓고 갑자기 탄소 이야기 이냐고요? 바로 규소도 탄소와 비슷한 성질을 가지고 있기 때문입니다. 원소의 유사한 성질을 보여주는 주기율표에서 보면 탄소아래에 규소가 위치하고 있습니다. 이렇게 위 아래로 존재하는 원소들은 비슷한 성질을 보여주는 데요, 실제로 규소는 탄소처럼 다른 원소와 4개의 결합을 할 수 있습니다. 그리고 생기는 결합도 탄소보다는 약하지만 유사하게 튼튼한 편으로 알려져 있습니다. 그런데 한가지 다른 특성이 있다면 규소는 탄소와 달리 반도체적인 성질을 가지고 있습니다. 게다가 순수한 규소 결정인 수정은 압전 성질이라는 것을 가지고 있습니다. 이 성질은 외부에서 압력이 가해지면 이를 전기로 내보내는 성질로 순수한 결정 물질에 경우 가지고 있습니다. 이러한 수정의 성질을 이용해서 외부의 소리진동을 전기적인 신호를 듣는 장치에 이용하고 있습니다.
이렇게 탄소와 규소는 화학적인 성질이 유사해서 많은 과학자들이 탄소에서 일어나는 현상을 규소에서 일어나게 하는 연구나 혹은 반대로 규소에서 일어나는 현상을 탄소로 적용하기 위해 노력하고 있습니다. 특히 생물학에서는 이와 관련해서 한 가지 재미있는 가설을 주제로 연구가 진행되고 있습니다. 바로 생물에 가장 많은 탄소가 규소로 바뀐 생물체를 찾는 것! 화학적인 성질이 유사하기 때문에 탄소 대신 규소를 사용한 생물이 지구상 혹은 외계에 존재할 것이라 생각하고 있습니다. 과연 그러한 생물체 존재할지는 모르겠지만 흥미로운 주제이긴 합니다^^
규소의 화학 기호는 Si입니다. 이것은 Silicon 즉 규소의 영문명의 앞 두 글자만 따서 지은 것으로맨 처음 이 이름을 지은 유명한 과학자인 톰슨은 부싯돌의 라틴어인 Silex에 탄소와 비슷한 성질을 가지고 있다고 하여서 탄소의 영문명인 carbon처럼 on이라는 어미를 붙여서 Silicon이라고 명명했습니다. 우리나라에서 쓰는 규소(硅素)는 한자 표현으로, 규소 유리를 만드는 흙의 원소라는 뜻으로 이렇게 이름을 지었다고 합니다.
이렇게 규소는 부싯돌이나 흙과 같은 곳에 가장 많이 들어 있는 원소입니다. 특히 여름에 휴가로 많이 가는 해수욕장에 있는 모래들도 이러한 규소가 많이 들어 있습니다. 이 때문에 지구상의 존재하는 원소 중 산소 다음으로 많은 양을 차지하는 원소로 알려져 있기도 합니다. 그런데 이 규소는 어디에 가장 많이 사용되고 있을까요?
가장 쉽게 만날 수 있는 곳은 앞에서 말한 것처럼 유리창입니다. 산소와 결합한 규소는 투명한 성질을 갖게 되는 데요, 이를 이용해서 유리창을 만드는 것 입니다. 또 순수한 규소는 수정이라고 부르고 있는데요, 보석으로도 많이 사용되고 있고 약간의 불순물이 들어가게 되면 다른 색을 나타내는데요, 대표적으로 아름다운 보라색을 가지고 있는 자수정이 잘 알려져 있습니다. 또 얇은 수정에 경우 고유한 진동을 가지고 있어서 이를 이용하여 정밀한 시계를 만드는 곳에 이용하기도 합니다.
가끔 김이나 과자와 같은 수분이 거의 없는 음식을 보면 “식용 금지”라고 적혀있는 작은 비닐팩을 발견하곤 합니다. 어렸을 적에는 알처럼 생겨 보기만 해도 징글징글(-_-;) 바로 이 건조제 역시 실리카라는 규소를 이용해 만든 물질입니다. 이 실리카는 공기중의 수분을 붙잡고 있는 성질이 있어서 건조제로 사용하고 가열하면 수분을 제거한 뒤 다시 사용할 수 있어서 많이 이용하고 있죠.
또 탄소와 규소를 화학적으로 반응시키면 아주 단단한 탄화규소가 생성되는데요~ 이러한 탄화규소를 연마제로 사용하고 있습니다. 그리고 잘 가공할 경우 보석처럼 반짝반짝 빛나는 성질도 가지고 있어서 모조 다이아몬드를 만드는 데에도 쓰이고 있습니다. 이외에도 규소를 이용하여 고무나 콘텍트 렌즈, 성형 보형물 등을 만들기도 합니다. 불에 잘 타지도 않고 인체에도 독성도 없고 게다가 화학적인 반응이 적어 오랜 기간 동안 사용할 수 있어서 많은 사랑을 받고 있습니다.
미국 서부해안에 위치한 캘리포니아에는 정말로 유명한 도시가 있습니다. 바로 첨단기기 산업의 메카라고 불리는 이 지역의 이름은 실리콘 밸리입니다. 이 지역의 이름이 실리콘 밸리라고 붙여진 데에는 다 이유가 있었으니..! 반도체 산업 연구단지인 이곳은 반도체에 가장 많이 쓰이는 재료 Silicon(규소)와 샌타클래라 계곡에 위치한다고 하여 이렇게 명명하였다고 합니다.
이렇게 실리콘밸리의 이름의 유례에서 알 수 있듯이 반도체에는 규소가 주원료로 많이 사용되고 있습니다. 반도체는 전기를 잘 통하는 도체와 전기를 전혀 통하게 할 수 없는 부도체의 중간적인 성질을 가지고 있는 물질입니다. 평소에는 부도체처럼 전기가 잘 안 통하지만 온도의 변화나 혹은 불순물이 섞여있는 경우 전기를 통하게 하는 성질이 증가되는 것입니다. 특히 규소는 이러한 성질이 가장 적합하여서 반도체 산업에서 가장 많이 이용하고 있습니다. 그런데 이런 전기적인 성질 때문에 많이 사용되는 규소가 반도체뿐만 아니라 또 다른 곳에서도 많이 쓰이고 있습니다. 바로 태양전지!
태양전지는 빛을 흡수하여서 전기를 만들어 내는 장치로 기존의 화석연료를 이용한 발전방식과 달리 이산화탄소 배출이 없고 태양만 있다면 계속 전기를 생산할 수 있어서 신, 재생 에너지로 선정되기도 하였습니다. 저희 한화케미칼은 국내 태양전지 산업을 선도하는 기업으로서, 세계적으로 많은 관심을 받고 있는 친환경 태양전지에 대한 다양한 연구를 펼치고 있습니다.
미래의 신 에너지, 태양전지는 빛을 흡수하여 전기를 만들어내는 특수 반도체가 필요합니다. 바로이 특수 반도체가 규소를 이용해 만들어지죠! 규소를 이용해서 만든 특수 반도체는 폴리실리콘이라는 원료로 만들어집니다. 이 폴리실리콘은 순도가 아주 높아야 하기 때문에 만들 수 있는 기업이 손에 꼽힐 정도로 적다고 해요. 하지만 한화케미칼은 폴리실리콘을 생산해내는 기술력을 보유하고 있어 2013년에 준공 완료를 목표로 하여 생산공장을 건설중이라고 합니다. 한화케미칼에서 만드는 폴리실리콘이 태양전지를 만드는 곳에 쓰이는 날이 빨리 왔으면 하네요^^
- 참고문헌 –
한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr
한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com/
General Chemistry, Thomson, Whitten, Davis, Peck, Stanley
