준금속 원소 - 붕소, 규소, 비소, 안티모니, 저마늄, 텔루륨

 

1. 규소 (Si, Silicon)

규소는 회색을 띠는 금속으로 광택을 가진 결정입니다. 처음에는 금속으로 오해 받았으나 규소는 금속과 비금속의 중간 성질을 보이는 반금속입니다. 지구의 주요한 구성 요소이며 지각에 존재하는 원소 가운데 산소 다음으로 많은 원소입니다. 대표적인 광물은 석영(이산화규소)으로, 그 중에서도 뚜렸한 결정형을 보이는 것을 수정이라고 합니다. 석영은 영어로 쿼츠(quartz)라고 하며 정확한 시간을 나타내는 쿼츠시계에 사용됩니다. 석영 유리는 광섬유의 재료로서 정보화 사회의 광통신 기술을 이끌고 있습니다. 규소는 유리와 시멘트, 세라믹스(도자기)에도 포함됩니다. 규소는 반도체입니다. 금속은 전기가 잘 통하며, 전기가 잘 흐르는 물체를 양도체라고 합니다. 양도체는 주로 금속이고, 금속 가운데 전기가 가장 잘 흐르는 것은 은(Ag)입니다. 반대로 유리, 고무, 나무 등은 전기가 흐르기 않습니다. 이러한 물체를 절연체 또는 부도체라고 합니다. 반도체는 양도체와 절연체의 중간에 있는 물질입니다. 반도체는 항상 전기가 통하는 것이 아니라 어떤 때는 양도체로서, 어떤 때는 절연체로서 작용합니다. 금속은 온도가 높아지면 높아질수록 저항이 증가하여 전기가 잘 통하지 않게 됩니다. 하지만 반도체는 그와는 반대로 온도가 높아짐에 따라 전기가 잘 통하게 됩니다. 반도체는 양 끝에 걸린 전압이 특정 값을 넘을 때 전기가 잘 흐르게 됩니다. 즉, 전압의 크기로 전기의 흐름을 제어할 수 있는 것입니다. 다시 말해 전기를 흐르게 하고 싶을 때 흐르게 할 수 있습니다. 이 원리를 이용한 것이 전기 신호입니다. '0'과 '1'의 상태, 즉 'ON'과 'OFF'를 전기 흐름의 유무로 표현한 것입니다. 이 원리를 이용하여 전자 제품 및 자동차에 설치되는 거의 모든 반도체의 재료가 되는 것이 규소 반도체입니다. 

 

2. 실리콘 수지 (Silicone)

실리콘(Silicone)은 규소(Silicon)와 산소가 번갈아 가면서 사슬 모양으로 결합한 유기 고분차 화합물로, 규소 화합물을 주성분으로 하는 합성수지를 총칭하는 말입니다. 실리콘수지, 규소수지라고 부르기도 합니다. 다만 실리콘수지를 단순하게 '실리콘'이라고 부르는 경우도 있기 때문에 규소 원소를 가리켜 실리콘과 혼동할 수도 있습니다. 실리콘은 화학 구조에 따라 실리콘유, 실리콘고무, 실리콘수지 등 다양한 형태를 띱니다. 실리콘은 내열성, 내한성, 전기 절연성, 화학 안정성이 매우 높습니다. 기름이나 그리스 형태의 실리콘은 방수제나 왁스로 사용되고 수지 형태의 실리콘은 도료로 이용됩니다. 또 고무 형태의 실리콘은 가공의 용이성 정도와 그 특성에 따라 다양한 제품에 사용됩니다. 

 

3. 비소 (As, Arsenic)

비소는 회색, 황색, 흑색 3 종류의 동소체가 있습니다. 그 중에서 회색의 비소가 가장 안정하며 금속광택이 있어 금속 비소라고 불립니다. 비소는 자연계에 넓게 분포하고 있으며, 대부분 광산에서 산출됩니다. 흰색 화합물 삼산화이비소(As2O3)는 옛날부터 암살이나 범죄에 자주 이용되던 독극물입니다. 19세기 프랑스 사람들은 비소를 '상속가루'라고 불렀습니다. 재산을 빨리 상속 받으려고 친익척을 제거하는 데 흔하게 사용되었기 때문입니다. 비소는 추리 소설이나 극 중의 암살 신에 친숙하게 등장하는 소재입니다. 

 

4. 안티모니 (Sb, Antimony) 

안티모니는 반금속 원소로, 반도체에 가까운 성질을 가집니다. 금속광택이 있는 은백색의 금속 안티모니 외에도 흑색 안티모니, 황색 안티모니 등의 동소체가 존재합니다. 과거에는 화장품의 아이섀도나 안료로 사용하였지만 현재는 합금 첨가물로 반도체 등에서도 이용되고 있습니다.

 

5. 저마늄 (Ge, Germanium)

저마늄은 옅은 황색을 띤 은백색의 반금속으로 규소와 닮았지만 규소는 청색을 강하게 띠고 밀도가 낮습니다. 초기에는 트랜지스터 재료로 쓰였지만 지금은 안정성과 성능을 높인 규소(실리콘) 트랜지스터가 개발되어 반도체에서 차지하는 역할이 줄어들었습니다. 현재 일부 반도체 재료와 광검출기, 방사선검출기의 재료로 이용되고 있습니다. 저마늄 화합물은 '신진대사를 활발하게 한다'라는 선전 문구의 건강 보조 식품으로 많이 판매 되었지만, 그 효과는 과학적으로 전혀 증명되지 않았습니다. 무기 저마늄과 유기 저마늄 모두 함부로 먹으면 위험합니다. 1970년대에 무기 저마늄이 함유된 건강 식품으로 인한 사망자가 발생하였고, 유기 저마늄도 섭취 후 건강상의 문제가 생기거나 사망한 사례가 있습니다. 

 

6. 텔루륨 (Te, Tellurium)

텔루륨은 은백색의 반금속으로 부서지기 쉽고 전기도 잘 통하지 않으며 약간의 독성을 가지고 있습니다. 텔루륨 화합물은 도자기, 에나멜, 유리에 붉은 색 또는 황색을 입히는데 사용됩니다. DVD-RAM이나 DVD-RW의 기록층에 텔루륨 합금이 사용되기도 합니다. 

 

 

7. 붕소 (B, Boron) 

거무스르한 금속 광택을 가진 반도체로 전기 전도도가 매우 낮고 (구리, 은의 10-12배) 다른 금속과는 반대로 온도가 올라갈 수록 저항이 낮아집니다. 유리에 첨가하여 붕규산 유리를 만들기도 하는데, 붕규산 유리는 충격에 강하고 열팽창률이 낮아 급격한 온도 변화에도 유리가 깨지지 않고 견딜 수 있도록 합니다.