(사진 출처 : 세상을 이루는 모든 원소 118)

오늘은 질소와 암모니아에 대해서 알아보겠습니다. 

<질소>

과자 봉지 포장, 우주선 연료 등에 들어가는 질소는 우리 몸의 핵산이라는 세포 안에도 들어 있고, 단백질이 만들어질 때도 쓰입니다. 이렇게 우리 몸에 꼭 필요한 질소 원자는 공기 중으로 얻을 수 없습니다. 공기 중에는 질소가 N₂ 형태로 존재하는데 3중 결합이라서 서로 떼어 놓아 우리 몸의 다른 물질과 붙게 하는 것이 어렵기 때문입니다. 이렇게 우리 몸에 꼭 필요한 질소는 이러한 과정을 거쳐야지만 우리 몸에 들어올 수 있습니다.

<질소가 우리 몸에 들어오는 과정>

몇 종류의 특수한 미생물에게 있는 효소로 질소를 자르고, 수소와 붙여 암모니아로 만듭니다. 이 암모니아는 물에 녹아서 식물의 뿌리로 흡수되어 식물 세포 안에서 글루탐산이라는 질소를 가진 아미노산으로 변화하게 되고, 이 과정에서 여러 아미노산과 핵산이 만들어집니다. 이 아미노산은 단백질을 만드는 데 사용되고, 동물을 통해, 아니면 식물 그 자체로 사람에게 흡수되어 사람이 질소를 얻을 수 있게 합니다. 

(사진 출처 : 네이버 지식백과)

<암모니아>

암모니아는 끓는점이 -33.4도라서 상온에서는 기체 상태로 존재하고, 높은 용해도 때문에 토양이나 자연수 등에 녹아 있는 경우가 많습니다. 이 암모니아는 식물을 잘 자라게 해서 비료로도 쓰이는데 산업 혁명 이후에는 인구나 급격하게 늘어나 이전에 없던 화학 비료를 만들기 위해 인공 암모니아 합성법이 반드시 필요해졌습니다. 암모니아 합성은 두 가지로 나뉩니다. 바로 질소와 수소 추출과 질소와 수소 합성입니다.

<질소와 수소 추출>

질소는 공기 중의 질소를 추출하여 사용하고, 수소는 여러 방법이 있지만 그 중 가장 대표적인 방법을 알려드리겠습니다. 먼저 메탄(CH₄)을 물과 반응시켜 일산화 탄소와 수소를 만들어 냅니다. 그리고 여기서 나온 일산화 탄소를 물과 반응시켜 이산화 탄소와 안정적인 수소를 만들어 내는 방법입니다.

<질소와 수소 합성>

하버가 높은 압력과 온도로 반응물이 생성물이 되는 정반응과 생성물이 반응물이 되는 역반응이 일어나는 양을 같게 해서 오스뮴을 금속 촉매로 수소와 질소를 합성하여 암모니아를 만드는 방법, 하버법을 개발하여 지금까지 사용되고 있습니다. 다만 오스뮴이 너무 희귀해서 우라늄으로 대체해서 사용하고 있습니다.

지금까지 공민호기자였습니다.