FINE_NEWS FINE_CHEMI FINE_PEOPLE FINE_CSR FINE_TREND
추천키워드
인기글
본문 바로가기
FINE_CHEMI 2016. 1. 6. 16:20

<과학교사가 알려주는 원소이야기 14.> 반짝반짝 빛을 가져오는 원소, 인

 

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 14.

 반짝반짝 빛을 가져오는 원소, 인>


 

 

안녕하세요! 과학교사 정은희입니다~

이걸 “이건 뭐지?”라고 하는 분은 없을거에요. DNA입니다. 유전정보의 매개체로 유전자의 본체를 이루고 있어요. 생물이 존재할 수 있었던 것은 다 DNA덕분이죠.

그런데 이 DNA는 어떤 원소가 꼭 있어야만 한답니다. 생물이 살아가기 위해 필수적인 그 원소가 뭘까요?

 

 

원소 인(P)의 발견

인, phosphorus은 1669년에 사람의 오줌에서 독일의 브란트가 추출했습니다. 생물에서 원소를 발견한 것이죠. 이 때 브란트는 인이 공기에 노출되면 빛이 나는 것을 알게 되었고, 그리스어의 phos(빛)과 phoros(가져오다)를 따서 ‘빛을 가져오다’라는 뜻의 phosphorus라고 명명하였습니다.

인은 지각 무게의 약 0.11%를 차지합니다. 인은 질소족(15족)이지만 질소와는 달리 반응성이 커서 자연계에서 순수 원소상태로 존재하지 않고, 광물에 주로 인산염의 형태로 포함되어 있습니다. 안티모니, 비스무트, 비활성기체를 제외한 거의 모든 원소와 화합물을 만들 수 있다고 하네요.

 

 

인(P)의 동소체

원자의 배열에 따라 인은 여러 동소체를 가집니다. 대표적인 것은 고체상태의 4종류입니다.

첫번째는 기체나 액체 상태의 인이 고체로 응결된 백린입니다. 동소체 중에서 가장 열역학적으로 불안정하고 증발성과 반응성이 큽니다. 공기와 접촉하면 금빛을 내죠. 약 35℃에서 자연 발화할 정도로 인화성이 크고 44℃면 녹아 액체로 변합니다. 독성이 있기 때문에 주의해야 합니다.

두번째는 적린입니다. 백린을 진공상태에서 300℃로 가열하면 얻을 수 있고 독성은 없다고 합니다. 인 원자들이 사슬로 연결된 고분자 형태이며, 공기 중에서도 안정적입니다.

세번째는 자린인데 적린을 550℃이상 가열하면 얻을 수 있습니다.

네번째, 흑린은 백린을 12000기압에서 200℃로 가열하면 만들어지는데 열역학적으로 가장 안정적입니다.

 

 

인(P)의 사용

자연계에서 인은 주로 구아노(물고기를 주식으로 하는 바닷새의 배설물이 퇴적된 것)와 인회석(결정형 인산염 광물) 상태로 존재합니다. 그리고 인회석의 약 90%정도는 인산을 만드는데 사용되며, 인산의 약 95%는 인산 비료를 만드는데 쓰입니다. 나머지 5%는 순수 상태로 처리하여 금속 처리나 녹방지에 사용하죠.

고순도 인산 및 인산염은 식품과 음료수에 첨가되기도 합니다. 청량 음료의 쓰거나 신맛을 없애기 위해 첨가하는데, 콜라에는 약 0.05%의 인산이 들어있습니다.

인산염은 세제에도 포함이 됩니다. 인산염이 많이 들어있는 세제를 흘려보내면 강물의 재질이 연해져서 부영양화가 유발됩니다. 그래서 녹조현상을 부르고 수중 산소 부족을 초래하여 수중 생태계를 파괴할 수도 있죠.

반면 인은 인체에 필수적인 원소입니다. 체내에 칼슘 다음으로 많으며 체중의 약 1%를 차지합니다. 이 중에서 약 85~90%는 뼈와 이에 있고 나머지는 혈액, 머리카락 등 인체 다양한 곳에 존재합니다. 인산염이 결합된 인지질은 세포막의 주요성분이며, DNA의 핵산에는 인산기가 포함되어있습니다.  또한 운동과 체온유지에 필요한 ATP작용이 제대로 이루어지려면 인산기의 분해 반응이 필수입니다. 인간의 활동과 번식에는 인이 꼭 필요하죠!

 

 

 

선생님의 한마디

불은 고대부터 인간사회 발전과 함께 했습니다. 하지만 지금처럼 불을 편리하게 사용할 수 있었던 것은 언제부터일까요? 바로 성냥의 발명과 함께 시작되었습니다.

최초의 성냥은 1680년에 로버트 보일이 만든 성냥입니다. 황을 입힌 막대를 인과 마찰시켜서 불을 붙였는데, 인의 휘발성이 너무 강해서 실용적이지 못했습니다. 시간이 지나고 1826년에 영국의 왈커가 백린을 사용하여 마찰 성냥을 발명합니다. 사포로 불을 붙였지만 성냥끼리의 마찰로 발화가 종종 일어났다고 합니다. 백린의 독성도 문제가 되었고 말이죠.

이 문제는 1955년에 스웨덴의 룬드스트룀이 적린을 사용하여 해결했습니다. 현재와 같은 붉은 안전한 성냥이죠. 성냥 알맹이에는 염소산칼륨과 황만을 바르고, 성냥갑의 마찰 면에는 황화안티몬과 적린의 화합물만을 발라 혼합물을 분리했습니다. 이렇게 하여 성냥 알맹이 자체로는 어떠한 마찰이 있어도 불이 붙지 않고, 성냥을 켜는 순간 마찰 면에 칠해진 적린이 알맹이에 있는 염소산칼륨과 결합하여 불이 붙고, 황의 도움으로 불꽃이 일어나게 되는 것입니다.

불의 편리함을 증폭시킨 성냥에 인의 비밀이 숨어있었다는 것! 이제 아시겠죠??

 

 


RELATED ARTICLES

FINE_CHEMI

심지가 없으면 불빛을 만들 수 있을까? 2016.01.15

FINE_CHEMI

<과학교사가 알려주는 원소이야기 15.> 둥근 혁명을 일으키다, 황 2016.01.07

FINE_CHEMI

<과학교사가 알려주는 원소이야기 13.> 실리콘밸리의 신화, 규소 2015.12.21

FINE_CHEMI

개구리는 감기에 걸리지 않는다고? 2015.12.16