17족 할로겐 원소 - 플루오린, 염소, 붕소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴

할로겐 원소란 주기율표의 17족 원소인 플루오린, 염소, 붕소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴을 총칭합니다. 할로겐은 거의 모든 금속 원소와 결합하여 염을 만드는 성질 때문에 그리스어로 '염'을 뜻하는 'halas'와 '만들다'는 의미의 'gennao'에서 유래하였습니다. 

 

1. 플루오린 (F, Fluorine)

플루오린은 주기율표에서 가장 먼저 등장하는 할로겐 원소로, 할로겐 원소 중에서 가장 가볍습니다. 홑원소 상태의 플루오린은 담황색을 띠는 기체로 독측한 냄새가 나며 반응성이 매우 높고 강력한 산화작용을 가지는 독성 물질입니다. 거의 모든 원소를 산화시켜 플루오르화물로 만드는데, 반응성이 거의 없는 희가스 제논과 크립톤도 플루오린과 화합물을 만들 정도입니다. 치약에 첨가하는 플루오린 화합물에는 플루오르화쇼듐, 모노플루오르인산소듐 등이 있습니다. 플루오린은 치아의 상아질에 얇은 막을 입혀 충치가 예방되고 이가 튼튼해 지는 것으로 알려져 있습니다. 플루오린 가스와 수소 가스를 혼합하면 폭발적인 반응이 일어나 플루오린화수소 (기체)가 됩니다. 플루오린화수소를 물에 녹여 약 50% 농도의 수용액으로 만든 것을 플루오르화수소산이라고 부릅니다. 플루오르화수소산은 유리를 녹이므로 폴리에틸렌 또는 플루오린 수지로 가공한 용기에 넣어 보존합니다. 

 

2. 붕소 (B, Boron)

 

 

붕소는 검은색의 금속 광택을 내는 반도체이다. 구리나 은보다 10~12배 정도 전류가 잘 흐르지 않으며, 금속과 다르게 온도가 올라가면 저항이 작아집니다. 붕소 화합물의 하나인 붕산 수용액 (boric acid)은 약한 살균 작용을 오이기 때문에 예전에는 식품 방부제와 의약 용품, 양치 및 세안 용품 등에 사용되었습니다. 하지만 중독증상(발진, 급성 위장염, 혈압 저하, 경련, 쇼크 등)이 나타나 현재는 사용하지 않습니다.  바퀴벌레 구제 약품에 붕산염 알갱이가 사용되지만 애완동물이 잘못 먹고 죽는 경우도 있습니다. 산화 붕산은 유리에 첨가하는 원료이기도 합니다. 유리는 외부에서 강한 힘을 주거나 급격한 온도 변화를 가하면 깨지게 됩니다. 유리가 열에 약한 이유는 유리의 열 전도도가 매우 낮기 때문이고, 다른 하나는 온도에 따라 부피가 변하기 때문입니다. (온도에 따른 열팽창률 변화) 그래서 냉장고에 있던 차가운 유리컵에 끊는 물을 부으면 대부분의 컵은 산산조각이 납니다. 유리의 열전도율은 바꿀 수 없으나, 열팽창률이 크게 변하지 않는 재질로 만들어 가열해도 깨지지 않도록 바꿀 수 있습니다. 산화붕소를 유리에  첨가한 붕규산 유리(borosilicate glass)는 충격에 강하고 열팽창률이 낮아 급격한 온도 변화를 견딜 수 있습니다. 

 

3. 브로민 (Br, Bromine) - 주기율표 원소 중 상온에서 액체인 원소 2개 중 하나

주기율표 원소 중 상온에서 액체 상태인 것은 브로민과 수은뿐입니다. 브로민은 자극적인 냄새를 가지며 매우 유독합니다. 부식성이 강하여 강철로 만든 찬장에 액체 브로민을 넣은 유리병을 두면, 브로민이 뚜껑 틈새에서 새어 나와 강철이 삭아 헤어질 정도입니다. 브로민 화합물은 잘 타지 않는(난연성) 소재로서 열차와 비행기의 내장재로 사용됩니다. 또 브로민화은(AgBr)은 사진의 감광제로 이용되며 이것을 이용한 인화지는 브로마이드지라고 불립니다. 크게 출력한 아이돌 사진을 '브로마이드'라고 부르게 된 이유가 여기에 있습니다. 브로민은 의약품이나 살충제, 농약 등으로 사용되었으나 지금은 환경오염에 대한 우려로 사용이 줄어들고 있습니다.  

 

4. 염소 (Cl, Chlorine) - 1915년 독일이 사용한 독가스

염소는 할로겐족에 속하며 자극적인 낸새가 있는 황록생의 기체(Cl2)입니다. 공기중에 약 0.003~0.006%라도 있으면 코와 목 점막이 손상되고, 그 이상의 농도가 되면 피를 토하거나 최악의 경우 죽음에 이르게 됩니다. 염소는 살균 작용이 있기 때문에 수돗물의 정화에 사용하고 있지만, 사용 농도에 따라 건강상의 문제가 발생하기도 합니다. 1915년 4월 22일, 벨기에의 이프르에서 독일군와 프랑스군이 서로 대치하고 있는 순간 독일에서 황록색 연기가 미풍이 실려 프랑스군 진영으로 날아왔습니다. 독일군은 170톤의 염소 기체를 방출하였고 이로 인해 5,000여 명의 프랑스군이 사망, 1만 4,000여 명이 염소 기체에 중독되었습니다. 이것이 역사상 최초의 독가스전, 제 2차 이프르 전입니다. 염소는 반응성이 매우 높아 자연계에서 화합물 형태로만 존재합니다. 소금 성분인 염화소듐과 염산은 대표적인 염소 화합물입니다. 플라스틱의 폴리염화 비닐도 염소 화합물입니다. 염소계 표백제나 표백분도 염소 화합물이며, 드라이클리닝 세제에도 염소 화합물이 사용됩니다. 염소와 염소 화합물은 살균작용이 있어 수돗물과 수영장위 소독에 쓰이는데, 이때 건강에 문제를 일으키지 않을 정도의 농도로 사용됩니다. 

 

5. 아이오딘 (I, Iodine) - 갑상선 호르몬 합성에 필요한 필수 영양소

아이오딘은 할로겐족 원소에 속하며, 어두운 은색의 광택을 가진 결정성 비금속으로 고체로 승화성질을 가지고 있습니다. 고체를 가열하면 독특한 냄새를 가진 보라색 증기가 됩니다. 이 증기를 다시 냉각하면 고체가 됩니다. 아이오딘은 여러 해조류와 어패류 등에 높은 농도로 들어 있습니다. 해초를 태운 재에서 처음 발견되었고 주로 칠레의 칼리치와 염수 등에서 생산됩니다. 아이오딘은 사람의 갑상선 호르몬을 합성하는데 필요한 필수 영양소로 결핍되면 결경화증, 갑상선 장애의 원인이 됩니다. 

 

6. 아스타틴 (At, Astatine) - 존재량 25g

아스타틴은 쉽게 승화되고 물에 녹습니다. 반감기가 짧은 방사성 원소인데 수명이 매우 짧습니다. 가장 긴 아스타틴210은 8.1시간, 가장 짧은 아스타틴213은 0.125마이크로초. 수명이 짧기 떄문에 물리적 화학젃 성질에 대해서는 잘 알려지지 않은 점이 많습니다. 아스타틴은 우라늄 붕괴 과정에서 소량 생성되나, 프랑슘과 함께 지각 전체 존재량이 25g밖에 되지 않는 희귀 원소입니다.