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플루오린

last modified: 2015-04-06 23:03:41 by Contributors

Fluorine [1]
F-usage.JPG
[JPG image (6.81 KB)]


할로겐 원소의 일종으로, 원자번호는 9.


할로젠(17족)에 속하는 화학 원소로 기호는 F, 원자 번호는 9이다. 불소(弗素), 플루오르(독일어: Fluor)라고도 한다.

이 원소를 한 마디로 설명하자면 명실공히 원소계의 일진. 아래를 잘 읽어보면 왜 그런지 알 수 있을 것이다.
플루오린은 전기 음성도가 가장 강한(4.0) 원소이다. 희가스(비활성 기체)를 제외한 전형원소는 주기율표의 오른쪽 위로 갈수록 전기 음성도가 커지며 왼쪽 아래로 갈수록 작아진다. 이처럼 플루오린은 가장 강하게 전자를 잡아당기는 것이 가능하기 때문에 반응성이 비상히 커서 헬륨이나 네온 이외의 대부분의 원소와 반응한다. 심지어 비활성 기체제논과도 반응해(!) XeF4, XeF6 등의 해괴한 화합물을 만든다. (...)[2] 아르곤 역시 반응하지 않는 원소로 알져져 있었으나, 초저온에서만큼은 불소와 반응한다. 물론 온도가 섭씨 -256도만(참고로 절대영도가 -273정도이다) 넘어가면 분해가 된다. 반응성만으로 따지면 최강의 비금속 원소. 즉 다른 화학종의 전자를 뺏어오는 능력은 우주최강. 그래서 이걸 분리시킬때 백금기구를 이용해서 분리했다고 한다. 이게 어느정도냐면, 산소의 산화수가 -2가 기본인데 이녀석이랑 반응할 때 만큼은 +1이나 +2가 된다. 그러니까, 공유결합을 할 때는 산소는 반응물질을 산화시키며 전자를 2개를 뺏는 것이 보통인데, 이 녀석이랑 반응할 때만큼은 빼앗지 못하고, 오히려 플루오린에 산화되며 뺏긴다는 소리. 불소산(HFOx)이라는 염소산(HClOx)에 대응되는 물질이 없는 것도 그래서이다[3]. 산소가 산화된다[4]!. 단, 전자친화도는 의외로 염소에 이은 2위. 원자의 크기가 너무 작아 전자가 너무 빽빽히 차 있어 서로 반발하기 때문이다.

반응성과 독성이 매우 강하기 때문에 분리가 아주 곤란했다. 원소 자체의 표준 전위차도 +2.87볼트 정도로 꽤 높아서[5] 불화염 용융물의 전기분해 아니면 분리할 방법이 없다고 한다[6]. 그래서 많은 사람들이 플루오린을 분리하는 실험 도중에 중독되어 죽어갔으며(프리 데이비, 루이 조제프 게이뤼삭 등)[7] 발견자 리 무아상도 실험 중에 한쪽 눈을 실명했다고 전해진다. 오딘 그래도 무아상은 인류 최초로 플루오르를 정제하는 데 성공했으며 이 공로로 멘델레예프(주기율표를 제작한 그 분 맞다)를 제치고 노벨상을 받는다. 웬만한 플라스틱들도 골로 보내는 경우가 많고 또한 유리를 녹이는 성질이 있어 취급, 보관하기도 매우 난감한 녀석이다. 다만 다이아몬드를 자를 땐 쓴다고, 같은 플루오린이 포함된 테플론 수지는...2015년 부터 금지되었다. 적어도 저온에서는 안전하다고 한다. 아니면 전혀 반응하지 않는 이나 백금족들로 보관해야 하는데 가능할 리가... 그나마 백금도 고온에서는 반응해서 녹여버린다. 이거 뭐야 몰라 무서워

플루오린의 이용예 중 대표적인 것이 치약이다. 플루오린에는 산에 녹기 어려운 치아를 만드는 효과가 있고, 초기의 충치라면 산에 녹은 부분의 에나멜질을 보수해서 내산성을 향상시키는 효과도 가지고 있다. 그러나 플루오린의 장기적인 과다섭취는 치아가 아니라 뼈가 플루오린으로 치환(...)되어 결과적으로 뼈가 약해진다는 연구결과도 있고, 어느 지역에서는 불소 함량이 높은 물을 마시고 자란 주민들이 급격한 노화현상을 겪는 사례도 발견되었고 양치질 후에는 입 안을 깨끗이 전부 헹구자. 그렇다고 해서 닥터 스트레인지러브처럼 수돗물 불소살균법이 빨갱이들의 음모라고 주장하면 곤란. 차라리 치과의사의 음모라고 하는게 더 설득력 있다. 참고로 에도 플루오린 성분이 많아 치아에 효과가 있지만 지나치게 마시면 불소중독에 빠지는 것이 중국의 승려 등에서 확인된 바 있다.

당연하지만 수소와 결합하면 산성을 띄는 플루오린화수소가 된다. HF, 플루오르산, 불산 등 이름은 많지만 보통은 그냥 HF라고 부르는 경우가 다수다. 다른 할로겐화 수소처럼 강산이라고 생각하기 쉬우나 플루오린은 독보적으로 전기 음성도가 커서 양성자를 포기하려 들지 않는다. 따라서 실제로 해리되는 양성자의 양은 적어서 식초수준의 산성밖에 가지지 못한다. 하지만 인체에는 염산보다 위험하다. 만약 피부에 플루오르산이 닿는다면 빠르게 피부로 흡수되어 혈류를 타고 돌며 몸안의 이온을 치환하며 뼈를 녹인다. 이 과정은 매우 고통스럽기로 유명하며 막을 방법도 없다. 사람한테 뿌리는 미친짓은 절대로 하지 말자. 참고로 공포영화 쏘우에선 이 플루오르산이 들은 주사기를 사람 몸에 꽂고 플루오린을 주입해서 사람을 녹여서 죽이는 트랩도 나왔다. 덤으로 유리를 녹일 수 있다. 때문에 보관이 매우 불편하다.

2012년 9월 27일에는 경상북도 구미의 한 화학공장에서 플루오린화수소가 유출되어 인근 마을을 초토화시키는 사고가 발생했다. 자세한 내용은 구미 불산가스 누출 사고 항목으로.

또, 플루오린 원자와 탄소 원자로 만드는 플루오린화 탄소수지인 폴리테트라플루오르에틸렌의 듀퐁 상표명인 테플론프라이팬 등의 조리기구의 코팅으로 이용된다. 1938년 만들어져, 맨해튼 프로젝트에서 우려먹다가 1946년 시중에 팔리게 되었다. ELEMENT GIRLS(위쪽에 있었던 그림)에서 플루오린의 캐릭터가 프라이팬을 들고 있는 것은 이것 때문. 테플론은 내열성과 내부식성 및 내마찰성이 있기 때문에 테플론 가공이 된 프라이팬은 잘 눌어붙지 않고, 물이나 더러움을 씻어내는 것도 수월하다. 이 테플론을 가져다가 프랑스인 엔지니어가 최초로 늘러붙지 않는 프라이팬을 만들었고, 테플론에서 이름을 따서 테팔이란 회사를 차리게 된다. 어쨌든 이 테플론을 가열해서 늘려 작은 구멍을 만들어, 커다란 물방울을 차단하고 습기는 통과시킬 수 있도록 만든 것이 방수투습성 소재인 고어텍스이다. 또 고어텍스는 심장질환의 치료에 필요한 인조혈관의 재료로도 사용된다. [8]게다가 테플론을 제조할 때 나오는 폐기물은 인쇄용 잉크의 유동성을 향상시키는 데 쓰인다.

물론(?) 흑역사가 된 화합물도 있으니, 레온 가스가 대표적인 예이다. 그리고 테플론도 흑역사가 되어버렸다...

또한 극악한 반응성 때문에, 불소는 무적의 벌레 바퀴벌레를 몰살시킬 수 있는 최강의 물질이다. 통에 치약을 한줄로 짜놓고 바퀴벌레를 통안에 풀어놓으면 바퀴벌레는 절대로 살아서 치약을 넘지 못한다. 치약을 밟자마자 경련을 일으키며 죽으며 운좋게 치약을 밟고 넘어갔다 하더라도 오래 못가 죽어버린다. 의외로 반응이 빠르다. 날아서 가면? 으아아아 이 때문에 치약을 이용해 개미 등의 벌레들을 퇴치할 수 있다.

LCL같은 액체화합물 퍼플루오로데칼린에 들어가는 물질. 또한 프레온가스(CCl2F2)에도 들어가는 물질이다.

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  • [1] 형석(CaF₂)을 뜻하는 라틴어 fluorite 에서 유래하였다. 여기서 '형광'을 뜻하는 접두사 Fluor-가 나왔다.
  • [2] 18족 원소들은 화합물을 안 만든다고 여겨져왔었고 그래서 비활성 기체란 별명이 붙었으나, 불소는 그딴거 없다를 시전해버렸다. (...) 한편 헬륨과 네온은 불소에게도 난공불락의 원소라고 한다.
  • [3] 차아불소산(HFO)이라는 물질이 알려져 있지만 불안정한 물질이라고 한다.
  • [4] 농담 아니고, 실제로 산소가 산화한다! 산소와 불소의 화합물은 OF₂이고, 이름도 불화산소(Oxygen Fluoride)이다.
  • [5] 물에 녹는 불화염으로 건전지를 만든다면 전압이 최소 이 정도는 나온다는 이야기이다.
  • [6] 화학적인 제법이 나온 것도 20세기 말에서야 나왔다.
  • [7] 둘 다 즉사는 면했으나 이후 말년을 고통스럽게 보냈다.
  • [8] 드라마 뉴하트23화에서 이은성이 조민아 교수를 수술할때 '여기 고어텍스나 보바인 페리카디움 패치있나요?'라고 묻는다. 보바인 페리카디움 패치는 송아지의 심막을 의미한다.

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