원소로 보는 화학사 VOLUME 019. '원자번호 9번 플루오린(F)을 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 VOLUME 019. ‘원자번호 9번 플루오린(F)을 소개합니다’

2018년 2월 21일

원소로 보는 화학사 원자번호 9번 ‘플루오린’을 소개합니다 #원소 #플루오린 #불소 #페르디낭_프레데리크_앙리_무아상 #플루오린의_발견 #플루오린의_쓰임

지난번 <원소로 보는 화학사>에서는 진시황의 죽음과 깊은 관련이 있는 원소이면서, 죽음을 부르는 불사약이란 별명을 가진 ‘수은’에 대해 소개해드렸는데요 오늘 소개해드릴 원소는 우리가 불소라고도 부르는 원소 ‘플루오린’에 얽힌 흥미로운 화학이야기를 들려드릴게요!


원자번호 9번 ‘플루오린’을 소개합니다!

원소 월드컵이 있다면 득점왕? 극단적인 특성을 가진 원소

주로 불화칼슘으로 이루어진 형석이라고도 불리는 불소 광물의 결정

앞서 소개해드렸듯 ‘플루오린’은 우리가 흔히 ‘불소’라고도 부르는 원소로, 이 원소는 아주 극단적인 특성을 가진 원소입니다. 원자가 전자를 끌어당기는 힘을 ‘전기 음성도’라고 하는데요. 플루오린의 전기 음성도는 3.98로 원소 중 가장 높습니다. 또한, 전자를 가져와 음이온이 되려는 성질인 전자 친화도는 원소 중 두 번째로 높습니다. 이뿐만 아니라 플루오린은 반응성과 독성도 굉장히 높습니다. 이렇게 극단적인 특성을 가진 원소 ‘플루오린’은 여러 과학자에게 치명적인 영향을 미쳤습니다. 화학사에 중요한 업적을 남긴 만큼 <원소로 보는 화학사>에서도 이미 여러 번 소개해드린 적이 있는 험프리 데이비와 조제프 루이 게이뤼삭은 플루오린 분리 실험을 하다 플루오린 중독으로 사망했고, 플루오린 분리에 성공해 노벨상을 수상한 프랑스의 무기화학자 페르디낭 프레데리크 앙리 무아상은 실명했습니다.

가장 강하지는 않지만 가장 위험한 산

컵 안과 주변의 기체 형태의 물질

플루오린과 수소가 결합한 플루오르화수소(HF, Hydrogen Fluoride), 즉 ‘불산’은 공업적으로 널리 사용되는 물질입니다. 염산, 황산이나 질산 등은 우리에겐 너무나 친숙하죠. 불산은 이것들에 비해서는 약한 산이지만, 반응성과 독성이 높아 생명체에는 가장 위험한 산으로 알려져 있습니다. 불산은 식초 정도의 산성밖에 나타내지 않으므로 피부에 닿았을 때 화상을 심하게 입지는 않습니다. 하지만, 피부로 빠르게 침투하여 혈관을 타고 이동하며 뼈를 녹일 정도로 위험합니다. 불산 뿐 아니라, 플루오린도 뼈, 유리, 세라믹(고온에 구운 비금속 무기질 고체)을 녹이는데요. 이렇게 유리까지 녹이는 플루오린과 불산의 특징 때문에 일반적으로 이것들을 보관할 땐 플라스틱 용기에 보관합니다. 반응성이 가장 낮고 안정적인 금이나 백금으로 만든 용기에 보관할 수도 있지만, 고온에서는 백금도 녹이기 때문에 여러모로 다루기가 매우 어려운 원소라고 할 수 있습니다.

‘플루오린’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

페르디낭 프레데리크 앙리 무아상 (1852 ~ 1907) 플루오린 원소를 분리하고 무아상 전기로를 개발한 공로로 인정받아 1906년 노벨 화학상의 주인공이 되었다.

많은 화학자들이 형석 등에 새로운 원소(플루오린)가 존재한다고 믿고 분리에 도전했습니다. 하지만, 그러한 도전의 끝은 모두 실패로 끝났는데요. 모두 플루오린의 독성이나 실험사고 등으로 건강을 해치거나 플루오린 중독으로 인해 생명을 잃었습니다. 그리고 플루오린을 발견한 무아상은 끊임없는 연구를 거듭하다가 플루오린화포타슘을 전기분해하고 마침내 플루오린의 분리에 성공했지만 결국 실명했습니다. 그럼 플루오린의 원소명은 어떻게 유래되었을까요? 형석은 ‘흐르다’라는 뜻의 라틴어 fluere를 따서 fluorite라고 명명했습니다. Fluorine은 형석의 이름에서 유래한 것입니다. 또한, 플루오린을 한자로 불소(弗素)라고 하는데요. 이는 플루오린의 앞 글자를 발음한 것입니다.

‘플루오린’은 어디에 사용될까요?

치약에서 조리기구까지! 곳곳에 있는 플루오린 화합물

플루오린 치약, 주방식기 코팅제, 고어텍스(Goretex), 항암제/항우울제 등

우리가 사용하는 치약에는 플루오린이 함유된 것과 그렇지 않은 것이 있습니다. 적은 양의 플루오린은 치아에 미세한 구멍이 무수히 생기는 충치 초기에 그 구멍을 녹여 보수하는 효과가 있습니다. 하지만 아무리 적은 양이라도 플루오린이 몸에 쌓이면 뼈를 무르게 하고 피부를 노화시키므로 플루오린이 든 치약을 사용할 때는 반드시 입을 여러 번 헹궈 주어야 하는데요. 놀라운 사실은 살충제를 뿌려도 잘 죽지 않을 정도로 어마어마한 생명력을 가진 바퀴벌레도 플루오린이 든 치약에 닿으면 몇 분 안에 죽는다는 것입니다.

그럼 플루오린 치약 외 우리 주위에서 가장 흔하게 찾아볼 수 있는 또 다른 용도의 플루오린 화합물로는 무엇이 있을까요? 바로 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)과 고어텍스(Goretex)입니다. 폴리테트라플루오로에틸렌은 플루오린이 포함된 고분자 물질로, 내산성, 내열성, 절연성이 뛰어나 눌어붙지 않는 프라이팬, 냄비 등 주방식기의 코팅제로 널리 사용되고 있습니다. 또한, 폴리테트라플루오로에틸렌을 가공해 만든 고어텍스는 등산복, 운동복, 인공 혈관 등에 이용됩니다. 이 밖에도 플루오린 화합물은 항암제, 항우울제, 제초제, 살균제, 유리 가공, 알루미늄 제련, 반도체 등 수많은 분야에 쓰이고 있습니다.


한 눈에 보는 ‘플루오린’

오늘은 우리가 흔히 불소라고 부르는 원소인 ‘플루오린’에 대해 소개해드렸는데요. 다음 <원소로 보는 화학사>에서는 로마의 멸망과 관련된 원소 ‘납’에 얽힌 화학이야기를 들려드릴게요. 많이 기대해주세요!

 

 

<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기)/원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들)/원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기)/Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)

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