지난 시간에는 자체 발광하는 희토류로 형광등, 레이저의 주요 재료가 되는 원소 ‘유로퓸(Eu, 원자번호 63번)’을 소개해 드렸습니다. 이번 원소로 보는 화학사에서는 지독한 냄새와 독성을 지녔지만 우리 몸의 중요한 구성요소인 ‘황(S, 원자번호 16번)’에 대해 알려 드리겠습니다.
황은 원자번호 비금속 원소로 원자번호는 16번, 기호는 S로 표기합니다. 주기율표에서는 산소족(6B) 또는 칼코젠이라 불리는 16번째 족에 속하며 산소 바로 아래에 있습니다. 자연에서 원소 상태로 발견되는 몇 안 되는 원소 중 하나입니다. 지각에서는 일곱 번째, 우주 전체에서는 열 번째로 많이 존재하며 주로 화산이나 온천 부근에서 발견됩니다. 황은 고대부터 알려져 오던 원소이며 보통 유황이라고 부릅니다. 보통 화산 근처나, 유황온천, 화석연료, 암석 등 다양한 형태로 존재하고 있으며 순수한 황의 경우 노란빛을 띠고 있습니다. 순수한 황은 냄새가 없고 독성도 아주 작지만 많은 황 화합물은 심한 냄새가 나고 일부는 독성이 강합니다.
지독한 냄새와 짙은 노란색, 불타는 성질 때문에 유독해 보이지만, 사실 황은 오늘날 국력의 척도로 ‘황의 생산량’이 꼽힐 만큼 중요한 역할을 하고 있습니다. 생물학적 관점에서도 황은 무척 중요합니다. 우리 몸을 구성하고 정상적으로 작동하게 만드는 역할을 합니다. 피부나 머리카락, 손톱, 발톱의 성분인 케라틴을 만드는 구성요소입니다. 모든 생명체에게 필수적인 원소입니다. 체중 70kg의 성인 인체에는 약 140g의 황이 포함되어 있습니다. 특별한 음식을 먹기 보다 단백질을 섭취하는 것만으로 충분한 황을 보충할 수 있습니다.
황은 상온에서는 황색 비금속 고체입니다. 푸른색 불꽃을 내며 타고 매우 강하고 지독한 냄새가 나는 이산화황(SO2)을 방출합니다. 고체 상태에서 고리왕관 모양의 S8로 존재하는데 조건에 따라 결정구조가 다른 30여 개의 동소체(같은 원소로 되어 있으나 모양과 성질이 다른 홑원소 물질)를 갖습니다. 황은 온도에 따라 그 구조가 바뀌며 황의 다른 동소체들도 장시간 방치해두면 모두 상온에서 안정된 형태인 황색결정인 ‘사방황’이 됩니다. 황의 끓는 점은 444.7℃입니다. 지옥을 ‘유황으로 된 끓는 연못’이라고 묘사한 것을 근거로 추론하면 그 뜨거움을 추론해 볼 수 있습니다.
황은 언제 발견되었는지 짐작할 수 없을 만큼 오래전부터 존재했고 이용되어 왔습니다. 고대에서는 화산에서 주로 발견되었고, 독특한 냄새와 불타는 성질 때문에 많은 문헌에서 신비로운 물질로 묘사되고 있습니다. <구약성서>에서는 신이 타락한 도시였던 소돔과 고모라를 유황으로 파괴했다는 이야기가 적혀져 있습니다. 기원전 800년경 고대 그리스 작가 호메로스가 쓴 <오디세이>에는 황을 훈증(해충, 세균 등을 죽이는 것)에 사용했다는 내용이 언급되어 있습니다. 중국에서는 근대 화약이 나오기 전까지 흑색 화약의 한 성분으로 황을 이용했고, 고대 로마의 폴리니우스가 쓴 <자연사>에는 황을 의약품, 표백제 등으로 활용했다는 내용이 쓰여 있기도 합니다.
1777년에 프랑스 화학자 앙투안 라부아지에(A. Lavoisier, 1743~1794)는 원소는 한 종류의 순수한 물질이고, 화합물은 하나 이상의 원소가 결합된 물질이라고 하여 원소와 화합물을 현대적으로 정의했습니다. 황이 화합물이 아니고 원소임을 밝혀내 원소표에 포함 시키기도 했습니다. 유황(sulfur)은 산스크리스트어로 ‘불의 근원’을 뜻하는 ‘sulvere’로부터 유래된 라틴어 ‘sulphurium’를 어원으로 합니다. 수백 년 동안 황의 영어 이름은 ‘sulfur’와 ‘sulphur’ 두 가지가 사용되었습니다. 19세기 후반까지 미국에서는 ‘sulfur’, 영국에서는 1990년까지 ‘sulphur’를 주로 사용했습니다. 1990년 국제순수응용화학 연합이 ‘sulfur’를 사용하라고 선언하면서 지금까지 이어져 오고 있습니다.
황의 용도는 무궁무진합니다. 성냥, 화학의 원료 및, 약용, 고무, 살충제, 살균제, 파마약, 페인트 안료, 의약품, 농약의 제조 원료 등 산업 분야에 널리 쓰입니다. 요즘에는 황을 고무에 첨가하여 탄력성과 질을 높이거나 황화탄소를 이용하여 살충제 등을 만드는 데에 사용하고 있습니다. 황 화합물은 대부분 지독한 냄새가 납니다. 시궁창, 방귀 냄새와 비교하기도 하는데 이 지독한 냄새도 쓸모가 있습니다. 가스 누출을 감지하는 데 이용되는 것입니다. 황화수소가 낮은 농도에서 냄새를 풍긴다는 것을 이용하여 천연가스에 섞어 가스 누출을 감지합니다. 가스에 황화수소를 조금 섞으면 가스가 누출됐을 때 재빨리 알아차릴 수 있습니다. 의약품 분야에서 황의 활약은 대단합니다. 전 세계 의약품의 1/4에 사용되고 있을 정도로 다양한 효능이 과학적으로 입증되고 있습니다. 피부염, 탈모 치료, 변비와 치질환자 완화제 등에 이용되고 있습니다.
오늘은 지독한 냄새를 지녔지만 무궁무진한 활용도가 있는 산소족 원소 ‘황(S, 원자번호 16번)’을 소개해 드렸습니다. 다음 이 시간에는 세상에서 가장 비싼 원소 ‘캘리포늄(원자번호 98번)’에 대해 알려 드리겠습니다.
<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)
안녕
와 넘 유용해요 감사합니다!!