규소

요약 주기율표 14족에 3주기에 속하는 원소로 원소기호는 Si, 원자량은 28.0855g/mol , 녹는점은 1414℃, 끓는점은 3265℃, 밀도는 2.3290g/cm3 이다. 암석권의 주요 구성성분으로 클라크수(지각 내의 존재량)는 산소에 이어 제2위로 많아 27.6%를 차지한다.

주기율표(규소)

원소기호	Si
원자번호	14
화학계열	준금속
원자량	28.0855g/mol
전자배열	1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
상태	고체
밀도	2.3290g/cm3 (실온)
녹는점	1414℃
끓는점	3265℃
융해열	50.21kJ/mol
기화열	359kJ/mol
비열용량	19.789J/mol·K(25℃)
산화상태	4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
전기음성도	1.90 (Pauling scale)

역사

규소의 비교적 간단한 화합물인 이산화규소(SiO₂)는 옛날부터 알려져 있었으며, 규사(硅砂)는 고대 이집트에서 유리제조의 원료로 사용되기도 하였다. 그러나 산소와 규소의 단단한 결합으로 인해 홑원소 분리는 늦어졌다. 1824년 스웨덴의 화학자 옌스 J. 베르셀리우스가 플루오린화규소를 금속칼륨으로 환원시켜서 홑원소로 처음으로 얻었다. 스코틀랜드 화학자 토마스 톰슨이 라틴어로 규조토 분말을 의미하는 라틴어 silex로 부터 실리콘(silicon)이란 이름을 제안하였다.

실리콘

자연계에는 유리상태로 산출되지 않고, 산화물·규산염 등으로 존재하며, 암석권의 주요 구성성분이다. 클라크수(지각 내의 존재량)는 산소에 이어 제2위로 많아 27.6%를 차지한다. 또 벼·대나무·속새풀 등을 비롯하여 규조류(硅藻類), 동물의 깃털·발톱, 해면 등에도 함유되어 있다.

규소는 두 개의 동소체가 존재하는데, 비결정질은 갈색 분말이고, 결정질은 어두운 청흑색의 침상(針狀) 또는 판상(板狀)으로 비뚤어진 8면체이다. 상온에서는 안정하고 반응성이 없으나 온도가 높거나 용융된 상태에서는 반응성이 커져서 산소·질소 등 다른원소와도 반응한다. 용융된 상태에서는 합금도 쉽게 형성한다. 탄소와는 고온에서 반응하여 탄화규소를 생성한다. 금속나트륨과 할로겐화알킬을 작용시키면 유기규소화합물이 생긴다. 순수한 실리콘은 이산화규소층으로 덮혀 있다.

동위원소로는 안정한 ²⁸Si ( 92.23%), ²⁹Si (4.67%), 과 ³⁰Si (3.1%)이 존재하며 방사성 동위원소로 ³²Si  등이 알려져 있다.

제조법

규소는 일반적으로는 수세파쇄(水洗破碎)한 규석을 숯 또는 코크스로 전기로에서 환원시켜 얻는다. 순도는 99% 정도에 이른다.
    
 SiO₂+C ---> CO₂+Si

규석을 마그네슘 ·알루미늄 등으로 환원시켜도 얻을 수 있다. 시중의 판매품은 순도 96~98% 정도이지만, 염산·플루오르화수소산으로 세정하면 탄화규소 이외의 불순물을 제거할 수 있다. 보다 순수한 것을 얻으려면, 증류 정제한 사염화규소를 고순도(高純度)의 아연으로 고온에서 환원시키는 뒤퐁법에 의해서 99.97% 정도의 것을 얻을 수 있다. 용융염전해법(帶溶融法)이라 하는 정제법에 의해서 99.9%의 순도를 얻을 수 있다.

실리콘의 용도

규소는 뛰어난 반도체이기 때문에 초단파용 광석검파기(트랜지스터·다이오드 등)로 쓰이며, 게르마늄을 사용하는 것보다도 더 짧은 파장에까지 유효하게 작용한다. 또 각종 규소수지의 원료이며, 환원제·탈산제·합금 첨가원소로서 금속재료 부문에서 대량으로 사용된다. 철강재료에는 보통 70% 정도의 규화철을 함유하며, 고규소주철(규소 15% 정도)은 내산(耐酸) 합금으로 알려져 있다. 규소 0.5~4.2%를 함유하는 규소강판은 자기유도도(磁氣誘導度)가 높아 변압기 등의 철심(鐵心)으로서 중요하다. 구리합금에는 약 4.5% 첨가되어 전신·전화선 등에, 알루미늄합금에는 약 13% 첨가되어 실루민(silumin)합금으로 사용된다.