<과학교사가 알려주는 원소이야기 30.

블링블링한 원소, 갈륨>

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

 형형색색의 아름다운 빛을 내뿜는 LED 블링블링하지 않나요?

LED는 조명 뿐만 아니라 TV, 신발, 옷 등에도 쓰이는데요. LED의 수요가 증가하면 바쁜 원소가 하나 있습니다.

그럼 그 원소에 대하여 알아볼까요?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

갈륨의 발견

 

 

갈륨은 1875년에 프랑스의 부아보드랑에 의해 섬아연석에서 발견되었습니다. 갈륨을 발견한 부아보드랑이 태어난 프랑스의 라틴명이 바로 Garllia인데 그 지역명칭을 따서 원소의 이름을 명명하였다고 합니다.

갈륨은 멘델레예프가 주기율표를 만들었던 당시 에카 -알루미늄으로 예언했던 원소 중 가장 먼저 발견한 원소인데요. 여기서 에카는 아래라는 뜻으로 알루미늄 아래 자리에 들어갈 원소라는 뜻을 지니는데 해당원소가 정확히 밝혀지기 전까지는 에카-알루미늄, 에카-규소, 에카-보론이라고 불렀다고 합니다.

 

 

갈륨의 성질

 

갈륨은 아주 무른 은색 금속으로 녹는점이 약 30℃로 손에서도 녹을 정도이며 끓는점은 2204℃로 매우 높아 온도 범위가 매우 넓은 금속입니다. 따라서 극단적으로 높은 온도를 재는 온도계에도 이용합니다. 또한 물과 같이 액체에서 고체로 변할 때 부피가 약 3.1% 늘어나기 때문에 단단한 용기에 보관하지 않습니다. 

 

 

 

 

비소화 갈륨(GaAs)의 이용

 

갈륨은 처음 발견 되었을 당시에는 특별한 용도가 없었습니다. 그러나 갈륨과 비소의 화합물인 비소화갈륨(GaAs)이 발견되면서부터는 엄청난 변화를 가져다주었습니다. 갈륨의 95% 이상은 이 비소화갈륨(GaAs)을 만드는데 사용하는데요. 비소화갈륨(GaAs)은 반도체에 주재료로 규소를 이용한 반도체보다 전자이동속도가 더 빠르게 만들어주며 열에 덜 민감하다는 장점이 있습니다. 이밖에도 초고속 논리칩이나 마이크로파 집적회로, 인공위성 등에 주로 이용되고 있습니다. 

 

반도체 이외에 비소화갈륨(GaAs)은 전기를 빛으로 직접 바꾸는 성질이 있어 LED 제작에도 많이 이용되고 있습니다. 전기를 빛으로 전환하는 효율이 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있기 때문에 차세대 광원으로 주목받고 있는 발광 다이오드입니다. 갈륨을 이용한 TV, 조명기구, 전자기기 등 다양한 곳의 부품으로 쓰이고 있답니다.

 

 

갈륨은 다른 원소들과 같이 생물학적 역할은 없는 것으로 알려져 있습니다. 인체 내에서 하는 역할은 없지만, 장시간에 노출되면 피부염이 생길 수 있고, 혈액 세포의 생성이 감소하는 등 부작용이 있을 수 있다고 합니다. 실생활에서 노출될 일은 거의 없겠지만, 실험실 등에서 갈륨을 다루시는 분들은 주의하셔야 해요

 

 

 

 

 

 

 

선생님의 한마디

청색 LED의 아버지라고 불리우는 나카무라 교수는 2014년 노벨물리학상을 수상하였는데요. 그가 만든 청색 LED에 가장 큰 공헌을 한 것이 바로 갈륨나이트라이드(GaN)입니다. 나카무라 교수가 이 물질을 사용했을 때 많은 사람들은 그를 비난하며 손가락질 했지만, 그는 도전하였고 결국 노벨물리학상을 받을 만큼 혁신적인 공을 세우게 됩니다.

스웨덴 왕립과학 아카데미에서는 인류에 큰 공헌을 한 발명품으로 인정하였고, 청색 LED 개발방식이 백색광을 만드는데까지 영향을 주었습니다. 완전한 백색 LED 구현을 가능하게 만들어준 것이죠. 백색 LED는 빛의 혜택을 못받는 지역의 사람들에게까지 큰 도움을 줄 수 있어 큰 의미가 있다고 생각되네요.

인류에게 최대의 효율을 주는 LED, 갈륨이 없었다면 이런 혁신은 없었겠죠?

 

 

 

 

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소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

    

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 13.

 실리콘밸리의 신화, 규소>

 

안녕하세요! 과학교사 정은희입니다! 이 사진이 어딘지 아시나요?

미국의 실리콘밸리입니다. 전자와 세계 반도체 산업이 모인 첨단기술의 기지죠.

반도체 재료인 ‘실리콘’과 계곡(밸리)를 합쳐서 실리콘밸리라고 부른다고 해요.

 

여기서의 실리콘은 규소를 의미합니다.

원소 하나가 현재 첨단기술의 디딤돌이 되었다니, 놀랍지 않나요?

 

    

    

 

빛나는 보석의 성분, 규소 

규소라는 이름은 라틴어로 부싯돌, 단단한 것이라는 뜻의 Silex에서 유래했습니다.

규소가 산소와 결합하면 투명한 산화규소가 되는데, 이것이 바로 우리가 흔히 수정이라고

부르는 석영입니다 

'활 잘쏘는 석방이 형이 인정없이 석황이를 강금했다!'라고 외웠던 모스 굳기계에도 나오는 석영은 암석을 이루는 광물 중 장석 다음으로 많은 광물이기도 하죠.

실내에서 우리가 창 밖 풍경을 볼 수 있도록 하는 유리도 규소로 만들어진다는 사실!

이외에도 규소는 도자기, 단열제, 화장품, 종이와 고무의 충진제 등에 다양하게 사용되고

있습니다. 투명하고 빛나는 보석인줄만 알았던 규소는 정말 많은 곳에 쓰이고 있군요~

 

 

 규소는 silicon! silicone이 아니에요!

 

 

규소와 탄소가 결합을 하면 Si-C형태의 유기규소화합물이 됩니다. 주로 실리콘(silicone)이라고 하죠. 다들 아마 silicon을 이 silicone으로 알고 있었을 거에요~ 하지만 silicon은 규소고, 후자는 화합물이라는 것! 규소의 약 40%가 실리콘의 원료로 사용됩니다.

반응성과 독성이 거의 없고 불에 타지 않아 윤활유나 브레이크 오일, 콘택트 렌즈, 의료용구, 각종 장난감과 생활용품, 방수성 밀폐제에 쓰입니다.

화장실 세면대 모서리에 곰팡이나 때가 끼지 말라고 투명한 물질을 발라 놓은 것이 바로

실리콘이죠. 최근에는 성형 수술에 사용되는 보형물에도 많이 사용되고 있습니다.

 

 

 

 반도체 산업의 핵심, 규소

 

규소는 평소에는 부도체지만 온도의 변화나 불순물이 섞인 경우 도체의 성격이 증가합니다. 반도체는 도체와 부도체의 중간 성질을 가지고 있는 것이기 때문에 규소는 전형적인 반도체 성질을 가지고 있다고 할 수 있습니다.

 

 

또한 반도체의 재료가 되는 얇은 원판인 웨이퍼는 반도체 집적 회로의 핵심 재료에요!

이 웨이퍼를 만들때 모래에서 추출한 규소를 정제하여 뜨거운 열로 녹여 고순도의

실리콘 용액을 만들어 사용합니다. 반도체 하나 만들기 참 힘드네요;

이 웨이퍼는 트랜지스터나 다이오드, 태양광 전지 등의 제작에 사용됩니다.

 

 

선생님의 한마디

흔히 치매라고 하죠? 알츠하이머의 주요 원인 중 하나는알루미늄입니다.

알루미늄과 수은과 같은 중금속이 체내에 쌓이면 기억력을 저하시키기 때문이에요.

우리가 알루미늄을 어떻게 섭취하냐고요? 면이나 과자에 들어있는 식품 첨가물을 통해서 섭취하게 됩니다. 인스턴트 식품을 멀리하라는 이유가 있었네요

 

하지만 현대사회에서 알루미늄 섭취를 안 할 수가 없는데요.

그렇다면 먹는 족족 밖으로 내보내야겠죠? 바로 이것 때문에 규소를 섭취해야 합니다!

 

실제로 영국의 킬대 연구팀이 4060 치매환자 30명을 대상으로 13주간 매일, 규소 35mg이 함유된 물 1리터를 마시게 하였는데, 실험 결과, 3명은 알루미늄 체내 농도가 50%까지 감소하여 크게 호전되었고 나머지 환자들 또한 병세가 악화되지 않았다고 합니다. 알루미늄 배출을 도와서 치매 진행을 느리게 해준 것이죠!

 

이렇게 미네랄 성분 중 하나인 규소는 , 미네랄 워터를 통해서 섭취하는 것이 가장 이상적이라고 해요. 규소 함량이 많은 미네랄 물을 조금씩 마시기 보다는 한 번에 벌컥벌컥 마시는 것이 더 효과적이라고 하네요!

 

물은 그냥 마셔도 건강에 이로운데, 미네랄워터는 치매까지 예방해준다니!!

여러분 이 글을 다 읽는 순간 미네랄워터를 잊지 마시고 챙기셔서 맑고 깨끗한 생각할 수

있도록 해보아요 :D

 

 

 

 

 

    

 

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