할로젠 원소는 강력한 반응성을 가지고 있으며, 우리 일상 속에서 다양한 형태로 존재합니다. 할로젠 원소에 포함되는 플루오린(F), 클로린(Cl), 브로민(Br), 요오드(I), 아스타틴(At)은 각각 독특한 특성이 있어 과학자들 뿐만 아니라 일반인들에게도 매우 흥미로운 소재입니다. 할로젠 원소는 소독제나 표백제로 쓰이기도 하며, 물을 정화하거나 인체 갑상선 기능에 필수적인 역할을 하기도 합니다.
할로젠이라는 이름은 소금을 뜻하는 ‘halo’와 만들다를 의미하는 ‘gen’에서 유래되었습니다. 할로젠은 주기율표 17번 그룹에 속하는 원소들로, 음이온이 되기 쉬운 성질을 지니고 있으며, 이름에 걸맞게 다른 금속들과 결합하여 소금을 생성하기도 합니다.
일상생활에서 만날 수 있는 할로젠 원소
플루오린(F)은 가장 반응성이 강한 비금속 원소로, 치아의 건강을 유지하는 데 사용되는 불소나 불소화합물로서 우리 생활에도 도움을 주고 있으며, 플라스틱의 제조에도 사용됩니다. 클로린(Cl)은 물을 정화하는 기능이 있어 수영장의 소독제로 많이 사용되며, 종이를 하얗게 만드는 공정이나 의약품의 개발에 필수적으로 활용되고 있습니다.
브로민(Br)은 강한 유독성 물질로 피부에 닿으면 극심한 염증이 발생할 수 있습니다. 주로 기계 장비의 세척이나 이물질 제거, 소방 용도로 사용됩니다. 요오드(I)는 갑상선 호르몬 생성에 필수적인 요소로 어패류나 해조류로부터 섭취할 수 있는 원소로 방사선 치료와 영상 진단에 활용됩니다. 아스타틴(At)은 자연에서 가장 희귀한 원소 중 하나로, 방사성 약물의 연구에 사용되고 있습니다.
할로젠 원소는 보통 액체나 고체 형태가 아니라 기체 형태입니다. 기체 형태의 할로젠 원소를 액체 또는 고체와 결합시켜 우리가 사용하는 일상 용품으로 만들어 그 특성을 활용하고 있습니다.
할로젠 원소의 발견
플루오린은 자연에서 원소 자체로 존재할 수 없으며, 형석이라는 것에 화합물로 존재합니다. 형석이란 금속을 제련할 때 금의 녹는 점을 낮추는 용도로 사용되는 광석을 뜻합니다. 17세기에 형석에 금을 녹일 수 있는 특별한 물질이 포함되어 있을 것으로 생각하여, 그 물질에 ‘플루오린 산’이라는 이름을 붙인 것이 그 시초입니다. 우리가 흔히 ‘불소’라고 알고 있는 것은 플루오린의 일본식 명칭입니다.
18세기에는 기체 형태인 플루오린을 인위적으로 추출하는 데 성공했습니다. 기체 형태인 플루오린은 매우 유독해서, 일정 농도 이상의 플루오린 기체에 노출될 경우 눈, 점막, 폐의 세포조직이 파괴될 수 있을 정도로 큰 피해를 입을 수 있습니다. 플루오린을 추출하는 데 성공했던 프랑스의 과학자 무아상은 노벨 화학상을 받았습니다.
우리에게는 염소라는 명칭이 훨씬 익숙한 클로린은 강력한 산화력이 있는 것이 특징입니다. 염소는 기체 상태로 추출되는데, 이 염소 기체를 물에 녹이면 염산이 됩니다. 클로린의 강력한 산화력은 소독제, 표백제, 살충제 등 세균을 박멸하여 정화하는 데 사용되고 있습니다. 상처를 소독하는 데도 유용하게 활용되는 염소를 발견한 과학자 뮐러는 노벨 생리의학상을 받았습니다.
브로민은 악취가 나는 붉은 색 기체로 악취를 뜻하는 그리스어 ‘boromos’에 기원하여 지어진 이름입니다. 브로민은 플라스틱이나 섬유 계열의 난연성을 더하기 위해 사용되고 있습니다. 플라스틱은 불에 타게 되면 유독 가스를 만들어내기 때문에 브로민을 첨가하여 열을 잘 견딜 수 있도록 만들기도 합니다.
우리가 흔히 요오드라고 알고 있는 물질의 정식 명칭은 아이오딘입니다. 우리가 흔히 알고 있는 것은 아이오딘 용액으로, 상처 부위에 바르는 것이지만, 아이오딘은 그 밖에도 갑상선 호르몬의 생성에 크게 관려하는 물질입니다. 아이오딘은 갑상선종의 크기를 줄이는 데 도움이 되는 것으로 알려져 있습니다. 우리나라의 경우 아이오딘 결핍이 일어날 가능성은 많지 않으며, 아이오딘은 결핍보다는 과잉일 때 위험성이 더욱 커지는 특징이 있습니다.
아스타틴은 마지막 할로겐 원소입니다. 아스타틴은 자연의 상태에서 발견하기는 거의 불가능에 가깝습니다. 아스타틴은 생성될 때 아주 극소량만 생성되며 그마저도 강력한 방사선으로 인해 증발해버리기 때문에 눈으로 확인할 수 없습니다. 방사선의 위험성이 큰 원소이지만 일상 생활에서는 마주할 일이 없기 때문에, 아스타틴에 의한 피폭은 일반인들이 경험할 일이 없습니다. 방사선계 원소다보니 항암치료 등의 가능성에 대해 연구가 진행되고 있지만, 아직까지는 큰 성과를 나타내어 알려진 연구는 없습니다.
테네신(Ts)은 핵융합연구 중에 발견된 원소로, 반감기가 매우 빨라 현재까지 알려진 특성은 없으며 연구용 이외에 활용되는 분야는 없습니다. 아스타틴과 유사한 특징을 가질 것이라고 예측하고 있습니다.
할로젠의 미래와 발전 가능성
할로젠을 기반으로 만들어진 제품들은 우리의 삶을 편리하고 풍요롭게 만들어줍니다. 현재는 일상에도 깊게 스며들어 없으면 안되는 필수 요소로 여겨지고 있습니다. 하지만, 할로젠 원소들은 좋은 효과만큼이나 강한 반응성을 지닌 만큼, 처리 과정이 부적절하다면, 환경에 큰 악영향을 미칠 수 있습니다.
앞으로 할로젠을 계속 활용하고 발전시키기 위해서는 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위한 연구가 필요하기 때문에, 할로젠이 환경에 미치는 영향을 줄이면서도 활용이 가능하도록 알아보는 연구들도 활발히 진행되고 있습니다. 할로젠 원소의 혁신적인 활용은 우리 삶을 더 나은 방향으로 이끌어 줄 것이라 생각합니다.