플루오린 (불소)란?

개요

영어: Fluorine / 중국어: 氟 / 일본어: フッ素

플루오린은 할로젠(17족)에 속하는 화학 원소다. 과거에는 '불소'(弗素)라는 이름이 널리 쓰였으나, 독일어식 표현인 '플루오르'(Fluor)로 명명되었다가 최종적으로 대한화학회에서 영어명칭인 '플루오린'으로 변경되었다. 그러나 실생활에서는 여전히 '불소 치약'처럼 불소라는 명칭이 많이 사용된다. 예를 들어 '불산' 같은 용어는 '플루오린화 수소산'보다 더 널리 사용된다.

 

 

이 원소를 한 마디로 설명하자면 '명실공히 원소계의 일진'이다. 하지만 충치와 열사병 해결에 도움을 주기도 하며, 플루오린 동위원소는 필트다운 인의 진위를 파악하는 데 결정적인 역할을 했다. 접근만 잘 하면 유익한 친구가 될 수 있지만, 잘못 건드리면 최악의 일진이 될 수 있다.

성질

플루오린은 전기 음성도가 3.98로 가장 강한 원소이다. 비활성 기체를 제외한 전형원소는 주기율표의 오른쪽 위로 갈수록 전기 음성도가 커진다. 플루오린은 전자를 가장 강하게 끌어당기기 때문에 반응성이 매우 커서 헬륨이나 네온 이외의 대부분의 원소와 반응한다. 심지어 제논과도 반응해 XeF4, XeF6 같은 화합물을 만든다. 아르곤 역시 17K(-256℃) 이하에서는 반응한다. 또한 산소 역시 플루오린에 의해 산화될 수 있다. 일반적으로 산소 화합물은 -2의 산화수를 가지지만, 플루오린 화합물에서는 +1이나 +2의 산화수를 가진다. 이때 생성되는 이플루오린화산소(OF2)는 산화 반응의 결과물이다.

플루오린의 반응성과 독성이 매우 강하기 때문에 순수한 플루오린 기체, 즉 F2의 분리는 매우 어렵다. 플루오린의 표준 환원 전위는 +2.87 V로 극도로 높아, 분리 제법이 제한적이다. 많은 과학자들이 플루오린을 분리하다 중독되거나 사망했으며, 인류 최초로 분리에 성공한 앙리 무아상(Henri Moissan) 도 실험 중 한 쪽 눈을 잃었다고 한다. 무아상은 이 공로로 노벨상을 수상했다. 플라스틱과도 반응하며, 유리까지도 녹이는 성질이 있어 취급과 보관이 어렵다.

용도

의학적 용도

플루오린은 특히 치아에 얇은 막을 입혀 충치를 예방하고 치아의 재석회화(再石灰化)를 촉진하는 효과가 큽니다. 이러한 이유로 치약에 널리 사용되고 있습니다. 플루오린이 치아 건강에 미치는 긍정적인 영향은 이미 많은 연구를 통해 입증되었습니다.

일상 생활 속 플루오린

플루오린 수지는 프라이팬이나 냄비 등의 주방용품에 코팅되어 열에 잘 견디고 물이나 기름을 튕겨내는 특징이 있어 많이 사용됩니다. 또한 몇몇 국가에서는 염소보다 강력한 소독제로 상수도에 첨가되기도 합니다. 다만, 염소에 비해 수중 잔류시간이 짧은 단점이 있습니다. 적정량의 불소가 함유된 수돗물은 충치 예방에 효과적입니다. 또한 플루오린은 살균소독 뿐만 아니라 바퀴벌레 등 곤충의 퇴치에도 효과적입니다.

공업적 활용

플루오린화 수소는 물에 잘 녹으며, 유리(규산 성분)를 녹이는 성질이 있어 유리에 무늬를 새기는 데 사용됩니다. 육플루오린화 우라늄은 원자력 발전이나 핵폭탄 제조를 위한 우라늄-235의 농축에 사용됩니다.

환경 문제와 규제

프레온 가스, 육플루오린화 황, 수소 플루오린화 탄소 등은 인체에 무해하고 불에 타지 않는 이상적인 화합물질로 에어컨 등의 냉매, 반도체 세정제 등으로 많이 사용되었습니다. 그러나 오존층 파괴와 온실가스 효과 때문에 이러한 물질들에 대한 규제가 점점 강화되고 있습니다. 
플루오린은 다양한 분야에서 유용하게 사용되고 있지만, 환경적 영향을 고려하여 신중하게 사용해야 합니다. 플루오린 관련 제품을 사용할 때에는 그 이점과 단점을 모두 이해하고 적절히 활용하는 것이 중요합니다.

 

화합물

플루오린화 수소(불산)

플루오린이 수소와 결합하면 플루오린화 수소(HF)가 된다. HF는 보통 '불산'이라고 부른다. 플루오린이 가장 강한 산성을 띠는 할로젠화 수소로 생각되기 쉽지만, 실제로는 가장 낮은 산도를 가진다. 그러나 인체에는 매우 위험하며, 피부에 닿으면 혈류를 타고 몸 안의 이온을 치환하며 뼈를 녹인다. 저농도 불산에 접촉한 환자는 극심한 고통을 겪으며, 치료로 칼슘제제를 경정맥에 주사해야 한다. 
2012년 9월 27일, 경상북도 구미시의 한 화학공장에서 플루오린화 수소가 유출되어 인근 마을에 피해를 입혔다.

테플론

플루오린과 탄소로 만들어진 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)는 듀퐁의 상표명인 테플론으로 알려져 있다. 테플론은 프라이팬 등의 조리기구 코팅으로 널리 사용된다. 내열성과 내부식성 및 내마찰성이 있어 잘 눌어붙지 않고, 청소도 용이하다. 테플론을 가열해 만든 고어텍스는 방수투습성 소재로, 인조혈관에도 사용된다. 하지만 테플론의 유해성 문제도 제기된 바 있다.

프레온

프레온(CClxFx)은 에어컨, 냉장고의 냉매로 널리 사용되었으나, 오존층 파괴로 인해 현재는 사용이 금지되었다.

플루오린화 나트륨

플루오린화 나트륨은 치약에 사용되는 물질로, 그나마 인체에 독성이 적어 치약으로 사용된다. 하지만 과다섭취는 부작용을 일으킬 수 있다.

수돗물 불소화 논란

플루오린화 나트륨을 수돗물에 첨가하는 수돗물 불소화는 충치 예방을 위해 시행되었으나, 과다섭취 시 부작용이 있을 수 있다는 논란이 있다. 적정량의 플루오린을 수돗물에 넣어 충치 발병률을 줄이는 것이 목적이지만, 이에 대한 논쟁은 계속되고 있다.

각종 의약품

플루오린은 의약품에 유리한 특성을 가지고 있어, 많은 소분자 의약품에 사용된다. 예를 들어 항우울제인 프로작(플루옥세틴)이 있다. 또한 플루오린이 포함된 마취제도 있다. 과거 인화성 에터 대신 플루오린이 치환된 에터가 사용된다.

그 외 화합물

육플루오린화황(SF6)은 절연성이 매우 높아 초고압 전기스위치나 변압기 등의 절연충전재로 사용된다. 육플루오린화우라늄(UF6)은 우라늄 농축공정에 사용된다.
자연계에서는 거의 찾아볼 수 없는 원소지만, 일부 세균과 식물은 불소화합물을 합성한다. 동물의 경우 플루오린과 관련된 생체 메커니즘은 전무하며, 치아에서만 일부 찾아볼 수 있다.