<과학교사가 알려주는 원소이야기 8.

 원소계의 밀당녀, 플루오린>

 

 

 

안녕하세요! 과학교사 정은희입니다. 초등학생 때 매주 당번이 학급 친구들 입 안에 투명한 액체를 넣어주면 입 안에 머금고 1분간 있다가 화장실로 뛰쳐가 뱉고는 했었죠. 추억이 새록새록 떠오르네요. 우리가 머금었던 액체는 바로 불소입니다! 불소는 오늘 우리가 공부할 플루오린의 한자어랍니다. 그럼 이제부터 플루오린에 대해 하나씩 알아보도록 할까요?

 

 

원소번호 9번, 플루오린(F)

플루오린, Fluorine은 1886년 프랑스의 무아상이 플루오린화포타슘을 전기분해하여 발견했습니다. ‘흐르다’라는 라틴어 fluere를 따서 fluorite라 명명되었죠. 지구 지각에서 13번째로 흔한 원소이며, 형석, 빙정석 등의 광물 형태로 존재합니다.

 

플루오린은 ‘제일’이라는 수식어가 많이 붙는 원소인데요. 어떠한 성질을 가지고 있는지 알아볼까요?

 

 

첫 번째로, 플루오린은 전기음성도가 4.0으로 제일 높습니다. 전기음성도는 원자가 서로 전자를 내놓아 결합할 때, 그 끌어 당기는 힘을 의미합니다. 플루오린은 9개의 전자를 가지고 있는데요. 네온과 같은 안정된 10개의 전자배치를 가져서 안정해지려고 하는 성향이 있습니다. 따라서 플루오린은 전자를 하나 더 가지려고 하는 힘이 강해 다른 원자로부터 전자를 쉽게 얻어올 수 있습니다. 플루오린이 당기면 끌려올 수 밖에 없겠죠?

 

두 번째로 플루오린은 제일 강력한 산화제입니다. 플루오린의 전자 1개를 제거하는 것은 엄청난 에너지를 필요로 합니다. 그렇기 때문에 그 어떤 산화제도 플루오린을 산화시킬 수 없습니다. 이 플루오린의 산화과정은 대부분 폭발적인데요. 유리조각이나 석면처럼 반응성이 없는 물질도 플루오린 기체에 의해 쉽게 부식되고, 나무나 물도 스파크 없이도 발화된다고 하는군요.

 

세 번째로 플루오린은 가장 반응성이 큽니다. 홑원소 상태로 자연계에 존재하지 않지만, 원소 상태로는 실온에서 기체상의 이분자 단일결합을 하고 있습니다. 플루오린 원자 간의 결합 에너지가 작고 다른 원자와의 결합에너지는 커서, 다른 원자와 잘 반응한다는 것이 특징인데요. 음성도가 높고 산화력이 강하기 때문에 헬륨과 네온을 제외한 모든 원소와 안정된 화합물(플루오르화물)을 만듭니다. 또 모든 금속과 반응하며, 반응성이 없는 비활성기체 원소와도 화합물을 잘 만듭니다.(헬륨과 네온 제외)삼중결합으로 매우 안정된 질소도 높은 온도에서는 플루오린과 결합할 수 있다고 합니다.

 

플루오린의 또 다른 특징으로는 17족 원소 중에서 제일 가볍고, 담황색 기체라는 것이 있는데요. 를 자극하는 특징적인 냄새를 가지고 있어 20ppb만큼 농도가 옅어도 맡을 수 있다고 하네요. 강한 독성도 있어서 흡입하면 호흡기관이 화상을 입고 뼈의 손상 혹은 신경계 교란 등의 위험이 있으니 반드시 취급할 때는 주의해야 합니다. 그러니 당긴다고 쉽게 다가가고 접근하기엔 좀 어려움이 있겠죠...?

 

 

 

 

플루오린(F)의 이용

 

플루오린의 전세계 시장 규모는 매년 26억톤에 이릅니다.

플루오린 기체는 우라늄 원심분리에 사용되기도 하는데요. 독성이 있는 무시무시한 플루오린 기체와는 대조적으로 유기플루오린 화합물은 반응성이 낮고 대부분 무해하기 때문에 생활 여러 곳에 쓰입니다.

 

대표적으로 많이 쓰이는 플루오린수지(테플론)은 플루오린과 탄소 화합물인데, 화학 반응성이 거의 없는 고분자이며 내열성과 절연성이 우수하기 때문에 일상생활에서 많이 볼 수 있죠. 기름을 튕겨내는 특징이 있기 때문에 프라이팬 같은 조리기구 표면 코팅, 고어텍스의

표면 처리 등에 사용됩니다.

프라이팬 브랜드 ‘테팔’이라는 이름은 이 소재에서 유래된 이름입니다.

Teflon+Aluminium 의 조합에서 브랜드명을 정하고 열에 강하고 물과 기름을 튕겨내는 특징을 살려 주방식기에 테플론을 코팅하여 ‘절대 늘러 붙지 않는다’라는 카피로 시장에 큰 인기를 얻고 있죠.

 

 

이 밖에도 의약품용도로도 많이 이용되고 있는데요. 프로작과 같은 항우울제나 치약, 치아불소 등에도 이용됩니다.치아 건강을 위한 용도로 사용되는 것은 플루오린화 이온이 불소인회석을 형성하여 충치에 대한 저항성을 크게 만들고 치아를 코팅해주기 때문이라고 하네요. 우리나라에서도 국민의 충치를 예방하기 위해 수돗물 불소화가 이슈가 되기도 했지만 독성 문제로 인해 시행하지 않았었죠.

 

전기음성도가 높아 거의 모든 원소와 결합할 수 있을 정도로 당기기를 잘하는 플루오린,

그렇지만 독성과 환경파괴라는 측면 때문에 무턱대고 다가가기엔 어려운 원소인 밀당의 고수 같은 느낌이 들지 않나요?

 

 

선생님의 한마디  

 

플루오린의 화합물 중에서는 프레온 기체(CFC)가 있는데, 안정적이고 발화성과 독성이 없어 에어컨이나 냉장고 등의 냉매나 스프레이나 소화기의 분무제로 널리 사용되고 있었습니다. 그러나 이 기체가 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀지면서 사용이 금지되고 있는 추세입니다. 프레온은 그 안정적인 성질 때문에 공기 중에 나와도 분해되지 않는다고 하죠. 결국 기류 등으로 인해 성층권까지 올라간 프레온 기체는 자외선에 의해 분해되어 염소 원자를 내놓게 됩니다. 이 염소원자(Cl)는 강력한 산화능력을 가지고 있기 때문에 성층권의 오존과 반응하여 오존(O3)을 산소(O2)로 되돌려 놓습니다. 실제로 염소 원자 1개는 오존 분자 10만개를 파괴한다고 하니 엄청난 위력을 가지고 있죠. 프레온 기체의 온실효과는 이산화탄소의 약 1만 배나 되며, 자외선 차단을 하지 못해 생태계에도 위협을 주어 심각한 문제를 야기하고 있답니다.

 

 

 

 

 

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