붕소

붕소(硼素, 영어: Boron 보론^[*])는 준금속 화학 원소로 기호는 B(←라틴어: Borium 보리움^[*])이고 원자 번호는 5이다.

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붕소(₅B)

붕소, β-rhombohedral(마름모계)
개요
영어명	Boron
표준 원자량 (Ar, standard)	[10.806, 10.821] 10.81 (보편)
주기율표 정보
↑ B ↓ Al Be ← B → C
원자 번호 (Z)	5
족	13족
주기	2주기
구역	p-구역
화학 계열	준금속
전자 배열	[He] 2s2 2p1
준위별 전자 수	2, 3 붕소의 전자껍질 (2, 3)
물리적 성질
겉보기	검은색/갈색
상태 (STP)	고체
녹는점	2349 K 2076 °C 3769 °F
끓는점	4200 K 3927 °C 7101 °F
밀도 액체(녹는점)일 때	2.08 g/cm3
융해열	50.2 kJ/mol
기화열	508 kJ/mol
몰열용량	11.087 J/(mol·K)
증기 압력 압력 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k 온도 (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
원자의 성질
산화 상태	3, 2, 1, −1, −5[1][2] ​(약한 산성 산화물)
전기 음성도 (폴링 척도)	2.04
이온화 에너지	1차: 800.6 kJ/mol 2차: 2427.1 kJ/mol 3차: 3659.7 kJ/mol (more)
원자 반지름	90 pm (실험값)
공유 반지름	84±3 pm
판데르발스 반지름	192 pm
스펙트럼 선
그 밖의 성질
결정 구조	마름모계
음속 (얇은 막대)	16200 m/s (20 °C)
열팽창	β형: 5–7 µm/(m·K) (25 °C)[3]
열전도율	27.4 W/(m·K)
전기 저항도	~106 Ω·m (20 °C)
자기 정렬	반자성[4]
자기화율	−6.7·10−6 cm3/mol[5]
부피 탄성 계수	320 GPa
모스 굳기계	~9.5
비커스 굳기	49000 MPa
CAS 번호	7440-42-8
역사
발견	조제프 루이 게이뤼삭, 루이 다게르 테나르[6] (1808년 6월 30일)
최초 분리	험프리 데이비[7] (1808년 7월 9일)
동위체 존재비 반감기 DM DE (MeV) DP 10B 19.9%* 안정 11B 80.1%* 안정
붕소-10의 양은 시료에 따라 19.1%에서 20.3% 사이이다. 붕소-11의 양은 그 나머지에 해당된다.
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역사

붕소는 홑원소 물질로는 자연에 존재하지 않고 붕사나 붕산석 등의 붕산염 광물로 산출된다. 순수한 홑원소 물질로의 분리는 프랑스의 앙리 무아상이 1892년 산화 붕소에서 분리시켰다. 원소명은 아라비아어의 붕사(buraq)에서 유래하였다. 1909년이 되어서야 순도가 높고 불순물이 섞이지 않은 붕소를 얻어낼 수 있었다

특징

붕소는 홑원소 상태에서 탄소와 비슷한 흑회색이다. 다이아몬드 다음으로 단단하다고 알려져 있다. 하지만 산소나 탄소 등과 반응해, 산화 붕소 또는 탄화 붕소를 만들면 다이아몬드보다 물렁물렁해진다. 붕소는 비금속 원소로 간주할 수 있는 3A족 원소 중 유일한 원소이다. 붕소의 전자 배치는[He]2s²2p¹이다.

주요 화합물

H₃BO₃(붕산) 붕소와 수소로만 구성되어 있는 화합물 집단을 보레인(borane) 화합물이라고 한다. 가장 간단한 보레인은 BH₃이다. 이 분자는 여섯 개의 원자가 전자만 갖는다. 따라서 팔전자 규칙의 예외이다. 결과적으로 BH₃은 자기 스스로 반응하여 다이보레인(diborane, B₂H₆)을 생성한다. 이 반응은 Lewis 산-염기 반응으로 간주할 수 있다. 각 BH₃에서 하나의 BH 결합 전자 쌍이 다른 분자에게 전자 주개 역할을 한다. 결과적으로 다이보레인은 수소 원자가 두 개 결합을 생성하는 특이한 분자이다. 다리놓인 수소(bridging hydrogen)라고 하는 이러한 수소는 흥미로운 화학 반응성을 보인다. 두 개의 붕소 원자 간에 수소 원자의 공유는 각 붕소 원자의 원자가 전자의 결핍을 다소 보완한다. 그럼에도 불구하고 다이보레인은 격렬하게 반응하는 큰 분자이고, 공기 중에서 자발적 가연성이다. 산화 붕소나 탄화 붕소는 다이아몬드보다 단단하다고 알려져 있다. 하지만 희귀하다는 이유로, 잘 쓰이지 않는다.

용도

유리

붕소의 색상은 흑회색이지만 유리(주로 이산화규소(SiO₂)로 구성됨)에 섞으면 투명해지며, 붕소를 포함한 유리는 열팽창률이 작아 내열유리, 조리용 주전자, 화학실험 플라스크, 비커 등에 사용된다. 붕산을 포함한 붕산수는 고속 중성자를 매우 잘 흡수하기 때문에 고준위 방사성 폐기물을 담구어 보관하거나 원자로의 비상냉각시스템에 쓰인다.

약품

붕산(H₃BO₃)은 살균작용이 있어 바퀴벌레약이나 눈 세정제 등의 약품에 널리 사용된다.

원자력

10B 동위원소는 열중성자를 아주 잘 포획하는데, 중성자의 에너지에 따라 다르지만, 그 능력은 11B의 대략 100만 배 정도이다. 이 때문에 10B 동위원소 화합물들은 원자력 산업에서 핵반응 조절제, 응급 핵반응 중지제, 그리고 핵연료 재충전을 위한 가동 정지제로 사용된다.

초전도체

2001년 일본 아오야마가쿠인(靑山學院) 대학의 아키미츠 준(秋光純) 교수팀이 이붕화 마그네슘(MgB₂)이 39K라는 비교적 고온에서 초전도 현상을 나타내는 것을 발견하였으며, 재미 한국인 과학자인 최형준 박사가 그 초전도성 메커니즘을 최초로 규명하였다.^[8]

같이 보기

• 질화 붕소

각주

1. Zhang, K.Q.; Guo, B.; Braun, V.; Dulick, M.; Bernath, P.F. (1995). “Infrared Emission Spectroscopy of BF and AIF” (PDF). 《J. Molecular Spectroscopy》 170: 82. Bibcode:1995JMoSp.170...82Z. doi:10.1006/jmsp.1995.1058.
2. Melanie Schroeder. “Eigenschaften von borreichen Boriden und Scandium-Aluminium-Oxid-Carbiden” (PDF) (독일어). 139면.
3. Holcombe Jr., C. E.; Smith, D. D.; Lorc, J. D.; Duerlesen, W. K.; Carpenter; D. A. (October 1973). “Physical-Chemical Properties of beta-Rhombohedral Boron”. 《High Temp. Sci.》 5 (5): 349–57.
4. Lide, David R. (ed.) (2000). 《Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics》 (PDF). CRC press. ISBN 0849304814.
5. Weast, Robert (1984). 《CRC, Handbook of Chemistry and Physics》. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. E110쪽. ISBN 0-8493-0464-4.
6. Gay Lussac, J.L. & Thenard, L.J. (1808). “Sur la décomposition et la recomposition de l'acide boracique”. 《Annales de chimie》 68: 169–174.
7. Davy H (1809). “An account of some new analytical researches on the nature of certain bodies, particularly the alkalies, phosphorus, sulphur, carbonaceous matter, and the acids hitherto undecomposed: with some general observations on chemical theory”. 《Philosophical Transactions of the Royal Society of London》 99: 39–104. doi:10.1098/rstl.1809.0005.
8. 이, 근영 (2002년 8월 15일). “재미 과학자 초전도성 메카니즘 첫 규명”. 한겨레. 다음 날짜 값 확인 필요: |date= (도움말)^{[깨진 링크(과거 내용 찾기)]}

Brown 외 4인 [2011년 2월] «일반 화학 제12판», 일반화학교재연구회

외부 링크

• “붕소”. 《네이버캐스트》.
• (영어) 붕소 - WebElements.com