심지가 없으면 불이 붙을 수 있을까?

 

 

 

안녕하세요. 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다. 

저는 요새 디퓨저도 사용하고 있지만 고기 냄새나 음식 냄새를 집에서 제거할 때는 가끔

향초를 켜두기도 하는데요. 그러면 냄새도 금방 잡히고 향긋한 향기까지 나서 일석이조 라구요. 그런데 심지가 촛농에 잠기면 불이 꺼지는 현상을 보고 말았답니다.

화통이의 호기심이 바로 여기서 발동했지요.

심지의 역할이 무엇일까요? 지금부터 알아보도록 해요~

 

 

양초의 원리

 

초는 대부분 파라핀으로 만드는데요. 파라핀은 석유에서 얻은 탄화수소류의 혼합물입니다. 사슬구조인 파라핀은 반응성이 약하고 화학약품에 내성이 있다는 것이 특징인데요. 연소할 때는 공기 중의 산소와 반응합니다. 따라서 탄화수소의 탄소는 산소와 반응하여 이산화탄소를 생성하고 수소는 산소와 반응하여 물을 생성시킵니다.

성냥불을 양초 심지에 갖다대면 바로 불이 붙을까요?

성냥불이 양초 심지를 데워서 양초를 녹이고 이 액체가 더 가열되어 기체로 증발해야만 비로소 불이 붙는 것을 보실 수 있을겁니다. 이렇게 심지에 불이 붙으면 연소반응으로 생긴 열이 지속적으로 양초를 녹여서 액체를 만들기 시작하죠. 이 액체는 심지를 타고 올라가서 기화되어 산소를 만나 활활 타오르게 됩니다.

 

 

 

촛불의 불빛은 왜 주황색일까요?

 

 프로판가스의 경우 불빛은 푸른색인데요. 촛불은 저렇게 주황빛을 띄고 있죠. 어떠한 차이가 있는 것일까요? 연소되는 불빛을 결정하는 요소는 바로 산소의 양인데요. 연소 시에 산소가 얼마나 충분하냐에 따라 색깔이 파랗기도 하고 노랗기도 한 것이죠. 산소의 양이 많으면 푸른색 빛이 돌고 부족하면 노랗거나 주황빛이 된답니다.

위에서도 말씀드렸지만 양초가 완전히 연소된다고 가정하면 모든 이산화탄소와 물로 다 변하는데요. 양초가 완전히 연소되지 못했을 때 미세한 크기의 탄소 입자도 같이 생기는 경우도 있습니다.. 이 입자가 불꽃 속에서 노란빛을 띄게 만들죠. 이 입자들이 불꽃 위로 올라가게 되면 충분한 산소를 공급받게 되면 완전하게 연소하게 됩니다. 반면 프로판가스는 공기와 섞여 빠른 속도로 완전 연소하기 때문에 알갱이도 없고 상대적으로 투명하답니다.

 

 

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<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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<과학교사가 알려주는 원소이야기 7.

 생(生)과 사(死)를 주관하는 산소>

 


 

 

여러분 안녕하세요! 과학교사 정은희입니다.

사진 뭔지 아시나요? 다들 어릴 그리스로마신화를 읽었을 거라 생각해요. 그림  남자는 프로메테우스랍니다. 신의 불을 훔쳐 인간에게 죄로 독수리에게 간을 먹히는 벌을 받았죠.

고대에서 불은 체온 유지와 맹수 퇴치, 음식을 익히는 데 사용되었고, 생명 유지에 필수적이었습니다. 프로메테우스는 그것을 알았던 것이죠. 불이 있었기에 인간 문명이 이렇게 발달한 것이랍니다! 불이 없다면 인간 사회는 원시사회로 돌아갈지도 몰라요. 그만큼 불은 꼭 필요한 존재인데, 산소가 있어야만 불을 피울 수 있답니다.물질이 공기 중의 산소와 화합하는 반응 중에 일정 온도 이상 열이 발생하면 불이 붙는 거에요. 오늘은 불이 생성되려면 꼭 필요한 원소인 산소에 대해서 알아보도록 합시다~!

 


산소의 발견은 누가?

 

산소, Oxygen은 1772년과 1774년에 셀레와 프리스틀리가 각각 서로 다른 방법으로 발견했습니다.

1774년 8월1일, 프리스틀리는 산화수은이라는 붉은색 가루에 렌즈를 통해 햇빛을 모았더니 붉은색이 없어지면서 은백색의  금속 방울이 생겨나면서 기체가 함께 발생하는 것을 관찰하였어요. 그래서 이 기체의 성질을 알아보기 위해 기체를 유리 그릇에 모았는데 우연히 촛불을 그릇 속에 넣어보니 불꽃이 세차게 타오르는 것을 관찰했다고 해요.  그는 이 기체에서 생물이 얼마나 살 수 있는지를 궁금해서 쥐를 넣어보기로 했대요.

너무 잔인하지 않냐구요? 다행히도 목사님이었던 프리스틀리는 쥐가 괴로워하면 바로 꺼내주려고 쥐꼬리를 잡고 있었다고 합니다. 이 실험의 결과 프리스틀리는 이 기체가 보통의 공기보다 불을 잘 생기게 하며 동물이 공기에서 보다 그 속에서 더 오래 살 수 있다는 사실을 발견하였고, 이 기체를 플로지스톤을 잃어버린 공기라고 부르기로 했어요. 그런데 이상하죠? 셀레는 1772년에 산소를 발견하였다고 하는데  왜 프리스틀리의 실험이 공식적인 산소를 발견한 첫 실험으로 인정받고 있을까요?

셀레프리스틀리와 다른 방법으로 산소 기체를 발견했고 자신이 발견한 사실을 원고로 적어 출판사에 넘기고 여행을 떠났는데 출판사 사장이 너무 게을러서 원고를 창고에 처박아두고 출판을 하지 않아 1777년이 되어서야 그 사실이 밝혀졌다고 해요. 그래서 프리스틀리는 산소의 공식적인 최초 발견자가 되었지만, 산소의 화학적인 가치는 잘 몰랐다고 합니다.

반면에 프리스틀리와 동시대에 살았던 근대화학의 아버지인 라부아지에는 그 기체의 성질을 가장 정확하게 파악하고 그 이름을 산소라고 붙였어요. 라부아지에는 이 기체가 신맛을 내는 산의 근본물질이라고 생각하여 산(oxy)을 만든다(generating)라는 뜻으로 산소(oxygen)라고 이름을 붙였다고 해요. 그러나 산이 모두 산소와 관련이 있는 것은 아니라는 사실을 꼭 알아두길 바랍니다!

 


에너지를 얻기 위해 필요한 산소!

 

산소는 식물의 광합성 과정에서 생성됩니다. 식물이 방출한 산소를 동물이 호흡하여 체내로 이동한 산소는 포도당과 같은 유기물질을 분해하는 세포호흡을 돕습니다. 이 과정을 통해 동물은 에너지를 얻습니다.  세포 호흡의 과정을 반응식으로 나타내면 다음과 같습니다.

 C6H12O6+ 6O2 → 6CO2+ 6H2O+ Energy

동물은 에너지를 얻어 살아가기 위해 호흡을 통해 산소를 체내에 공급해줘야 하지만 동물이 죽어 부패되기 위해서도 산소가 필요해요. 부패는 주로 미생물에 의해 이루어지지만 산소가 부족하면 완전산화가 이루어지지 않아 반드시 필요하죠~ 즉 산소는 생물의 삶과 죽음을 모두 함께하는 기체랍니다.

 

 

 

산소(O2)와 오존(O3)

 

 

지금까지 설명한 산소(O2)는 산소원자 2개가 결합한 것입니다. 3개의 산소원자가 결합한 것도 있는데, 이런 산소의 동소체를 오존 (O3)이라 합니다. 산소보다 산화력이 강해서 살균, 정화, 소독, 탈취, 표백 등에 쓰입니다. 또한 독성이 있어 체내에 들어가면 강한 산화작용으로 세포막을 손상시켜 인체에 유해할 수 있습니다. 그러나 오존이 나쁜 것만은 아니에요! 오존은 대기의 성층권에서 자외선으로부터 지구를 보호하는 역할을 하는데요. 환경오염이 심해저 오존층이 파괴되고 있죠.

우주를 만든 것이 수소와 헬륨이라면 지구의 생명을 만든 것은 산소라고 할 수 있습니다. 산소는 우리의 삶을 둘러싸고 있어 그 가치를 평소에는 잘 모르고 사는 것 같습니다. 우리의 생명을 유지해주고 있다는 생각을 하면, 그 존재만으로도 경이로움이 느껴지지 않나요?

매일 아침 일찍 일어나 기지개를 키며 숨을 크게 한 번 쉬는 것으로 산소를 기억하는 것은 어떨까요 : >

 

선생님의 한마디  

모든 산소가 우리에게 이로운 것은 아닙니다. 우리 몸에 해가 되는 산소도 있습니다. 바로 활성산소인데요. 활성산소는 세포에 손상을 입히는 모든 종류의 변형된 산소입니다. 적당한 양이 있으면 생리기능과 몸을 보호하지만, 체내에 과다하게 있을 경우 세포 손상과 노화를 유발합니다. 대표적으로 과산화수소, 초과산화 이온, 수산화라디칼 등이 있죠.

 

수산화라디칼은 소독약으로도 쓰이지만, 산화력이 커서 다른 물질을 쉽게 변형시키는 특성으로 인해 제거하지 말아야 할 분자까지 공격하기 때문에 주의가 필요합니다.

초과산화 이온은 불안정하기 때문에 다른 입자로부터 전자를 강제로 뺏는 성격을 가지고 있습니다. 다른 입자로부터 전자를 뺏으면 초과산화 이온은 안정화되지만, 전자를 뺏긴 입자는 산화되어 버립니다. 초과산화 이온이 탄수화물과 단백질 같은 필수 물질을 산화시켜 유전자 손상이 일어나면, 노화는 물론 여러 질병에 쉽게 노출될 수 있습니다. 현대 질병의 90% 이상이 유전자 손상에 의한 것이라고 생각하면 아찔하네요..

우리 몸 속 활성산소는 생활 속 작은 실천으로도 줄일 수 있는데요~.

4가지 정도만 지켜주세요! 금연! 음주는 1-2잔! 소식! No 스트레스! 간단하죠…?

흠… 사회생활을 하는 직장인들은 좀 힘드시려나요?

이외에도 현미, 단호박, 호두, 베리류, 홍삼이 대표적인 항산화 음식이니 매일매일 조금씩 챙겨먹으면서 건강 유지하도록 해요: )

 

 

 

 

 

 

 

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