니트로글리세린
1. 개요
분자식 C3H5(NO3)3.분자량 227.09, 비중 1.596(15℃), 녹는점은 13.2∼13.5℃, 불안정형의 녹는점은 1.9∼2.2℃의 화합물로 나이트로글리세린, 트라이나이트로글리세린, 1,2,3-트라이나이트록시프로페인, 간혹 줄여서 니트로라고도 불리지만 니트로글리세린이 가장 보편적으로 쓰이고 알아듣기도 쉬운 단어다.
흔히 노벨이 니트로글리세린을 합성했다고 알고 있는 사람도 있지만, 노벨은 그런 니트로글리세린을 이용한 다이너마이트 개발을 비롯해서 많은 화학적 개발과 연구로 유명한 것이고 실제로 첫 합성자는 이탈리아의 화학자인 아스카니오 소브레로(1847년)이다.
2. 합성 및 안전
여느 유기 니트로화합물이 그렇듯 제조에는 질산과 황산이 들어간다. 일반적으로는 63-70% 진한 질산과 발연황산을 섞어 혼합산을 만든 후 가능한 한 -15도 이하의 냉매로 냉각한 이중벽반응조 등 냉각 대책을 강구한 반응기에서 빠르게 교반하면서 글리세린을 매우 천천히 넣어서 합성한다. 발열반응이 일어나기 때문에 냉각대책을 강구하지 않으면 큰 사고로 이어질 수 있다. 얼음물 정도가 아니라 가능한 한 드라이아이스-이소프로필알코올 혼합 냉매 또는 액체질소-IPA 혼합냉매 등을 사용해야 한다.[1]
합성기작을 대략적으로 설명하면, 다음과 같다.
먼저 황산과 질산이 혼합되면 황산이 질산에 양성자를 주입하여 질산 분자를 물과 니트로기가 연결된 [H,,2,,O-NO,,2,,]+라는 괴물로 만들면, 그 괴물은 너무 불안정해서 물을 뱉으면서 니트로 양이온([NO,,2,,]+)이라는 괴수를 만들어내고, 그 니트로 양이온들이 글리세린의 히드록시기들을 마구 자르고 들어가면서 본 항목에서 설명하는 최종 괴물인 (트리)니트로글리세린이 생성된다.(1) H2SO4 + HNO3 ⇄ HSO4- + [H,,2,,O-NO,,2,,]+
(2) [H,,2,,O-NO,,2,,]+ → H2O + [NO,,2,,]+
(3) CH2OH-CH(OH)-CH2OH + 3 [NO,,2,,]+ + 3 H2O → CH2ONO2-CH(ONO2)-CH2ONO2 + 3 H3O+
여담이지만 유튜브에 검색해보면 여러가지 합성 영상들이 나오는데, '''절대로 따라하지 말자.''' TNT나 피라냐솔루션 등 각종 위험물을 만드는 영상들도 마찬가지다. 직접 해보지 말고 그냥 보는 것만으로 만족하라는 의도로 올린 영상으로 간주하고 그냥 감상만 하자. 영상 대부분은 강산을 다루면서 니트릴장갑도 없이 맨손으로 실험을 한다든지, 대충 봐도 배경이 가정집, 부엌, 세면대같다든지(...), 진한 질산을 사용한 실험을 하는데 후드와 같은 환기대책조차 전혀 찾아볼 수 없는 등 매우 위험한 환경에서 실험하는 것이 많다. 반응물인 진한 질산과 진한 황산은 특유의 성질들이 있기 때문에 그냥 단순한 강산 이상으로 위험한 것들이다. 합성된 것이 제대로 된 니트로글리세린이라는 보장도 없다. 거기다 가정에서 대충 합성한 니트로글리세린은 정제가 전혀 안 되어 있기 때문에 순수한 물질보다 더 위험하다. 분리되지 않은 불순물과 니트로글리세린의 상계면 등이 전체를 더욱 불안정하게 만들 수 있기 때문이다.
만드는 것 자체는 고등학교 화학을 제대로 공부한 사람 정도라면 제조할 수 있다고 치더라도, 화학/화공 대학원에서 화학합성을 전공하기 전에는 목숨은 보장할 수 없다. 안전하게 만들 수 있다 하더라도, 이런 위험한 물질을 연구원 같은 사람이 연구주제와 관련 없고 책임자의 허가도 받지 않았으면서 자기 임의로 이 폭발물을 만든다면, 만들었다는 사실만으로 퇴학, 해고, 면직 등 심각한 불이익을 받을 수 있다.
3. 특징
3.1. 폭약
니트로글리세린 폭발실험. 1분부터는 니트로글리세린보다 '''더 민감한''' 삼아이오딘화질소(NI3) 폭발실험이다. 동영상을 보면 알다시피 '''깃털'''만 살짝 닿아도 터진다.(1분 47초) 동영상 자막을 보면 '''숨결만 닿아도 터진다'''고 나와있는데 이는 골드러시 시절부터 유명한 이야기. 위키피디아에 의하면 '''알파선''' 등 '''방사선'''으로도 폭파시킬 수 있다고 하니 흠좀무. 여담으로 제조 자체는 상당히 쉽고 재료도 초등학교 실험실 레벨로도 충분히 구하기 쉬운지라 소량 정도라면 과학 관련 동아리나 행사에서 흥미를 유발시키기 위해 만들어서 보여주고는 한다. 과정 자체가 암모니아수를 요오드에 부어서 반응시킨 뒤 걸러내서 건조시키는 것이 전부이기 때문이다. 전문적인 지식이 없다면 아주 약간의 실수로도 중상을 입을 수 있으니 '''절대로 따라하지 말아야 한다'''.
니트로글리세린이 최초로 등장한 당시에는 기존의 화약에 비해 매우 우수한 폭발력을 가지고 있어서 산업현장에서 수요가 많았으나 그 불안정성으로 인해 조금만 잘못 다루어도 폭발사고로 이어져 인명피해가 많았다. 이러한 인명피해가 기하급수적으로 늘어나자 안정화 필요성이 생겼고 그렇게 다이너마이트가 등장했다. 당장 다이너마이트를 발명한 알프레드 노벨의 동생도 공장에서 일어난 폭발 사고로 사망했다.
니트로글리세린의 불안정성은 다음과 같다.
- 충격이나 발화, 정전기등에 매우 민감하다. 다른 폭약들에 비해 압도적으로 충격에 민감하다. 특히 순간적인 가열은 아주 위험하고, 지속적으로 흔들거리면 열이 축적하여 자연적으로 발화하여 폭발할 가능성이 아주 크다.
- 가만히 놔둬도 시간이 흐르면 자연적으로 발화해서 터진다. 이는 순수한 니트로글리세린에서는 일어나지 않는 일이지만, 생산공정상 소량이라도 불순물이 들어가거나 순수한 니트로글리세린을 그냥 상온에 방치해서 약간의 불순물이 들어가면 열이 발생하기 시작하고, 이걸 방치하면 열이 축적되어 착화점을 넘으면 자연발화하여 스스로 폭발하는 단계로 가서 터진다. 따라서 니트로글리세린을 안전하게 용기에 담아서 잘 보관했다고 생각했다가 며칠에서 몇 개월 후에 갑자기 터지는 막장사태가 발생한다.
3.2. 의약품
하지만 의약품으로는 잘 쓰면 전립선암과 더불어 현대인의 사망이유 중 톱을 다투는 심장병(급성 심장질환)에 직접적인 도움이 되는 유용한 화학물질이다[3]. 발견 경위는 산업재해 때문이었는데, 협심증을 앓고 노벨 화약공장에 다니던 근로자가 회사에선 멀쩡한데, 집에 오면 협심증이 재발하는 걸 조사하다가 밝혀지게 되었다. 좀 아이러니 한게, 다이너마이트 연구 중 기화된 니트로글리세린 흡입으로 인한 두통에 시달렸던 노벨은 말년에 협심증으로 인해 이 약을 복용했다.
혈관확장과 함께 심장에 걸린 과부하를 낮춰주는 효능이 발견된 후 협심증 환자한테 처방하는 약으로 개발되었다. 특이하게 혀 밑에서 녹여서 흡수시키는 설하정 형태와 피부에 붙이는 패치형으로 출하된다. 협심증 환자들은 갑자기 증상이 왔을 때 응급대책으로 니트로글리세린 정제를 투약했다. 일반적인 내복약 형태로 하면 위장에서 소화되어 효과가 없어서 삼키는 일이 없도록 주의하자. 글리세롤 계열이라 그런지, 의외로 맛이 달콤하고, 산성 물질을 먹는 듯한 톡 쏘는 느낌이 있다. 심장병 치료가 아닌 치질 치료용으로도 쓰는데, 이 때는 환부에 바르는 연고형태로 나온다.
물론 전문의약품이므로 의사의 처방 없이는 구입할 수 없으며, 부작용으로 심한 두통이 수반된다는 보고가 있으니 유의해야 한다. 이는 니트로글리세린이 특정혈관에만 작용하는 것이 아닌지라 혈액이 순환함에 따라 체내 혈관 전체에 확장이 일어나게 된다고 한다. 머리쪽 혈관도 예외는 아닌지라 두통이 따라온다.
이렇게 니트로글리세린이 의약품으로 사용될 수 있는 이유는 니트로글리세린이 직접 몸 안에서 작용하는 것이 아니라, 혈관 내에서 일산화질소[4]로 분해되는데, 이 일산화질소가 혈관을 확장시키는 역할을 하게 된다. 단 혈압을 낮추는 목적으로는 쓸 수 없는데, 작용시간이 짧고 확장 후에 역으로 수축을 초래하고 심장의 박동을 빠르게 하는 효과가 있다.
일반적으로 협심증 환자가 심장 통증을 느낄 때 혀 밑에 녹여서 사용하며, 5분 간격으로 3회까지 사용후, 그 후에도 심장 통증이 계속된다면 응급실에 가야 한다고 적혀있다. 하지만 '''늦기 전에 2개 사용했을 때 바로 가까운 큰 병원을 가는 게 낫다'''. 조심해서 나쁠 것은 없기 때문이다. 개인의 경과에 따라 하나를 쓰더라도 병원에 가는 게 안전하다. 심장 통증에 대한 경험이 있다는 이유로 이 약을 먹고 일을 넘기려 하면 매우 위험하다. 이 약은 '''치료제가 아닌 일시적인 증상 조절제'''기 때문이다. 달리말해 위급한 환자의 경우 병원까지 도착할 때까지의 시간을 벌어줄 뿐이라해도 과언이 아니다.
직사광선에 변질이 되기 쉬우며, 혀 밑에 녹일 때 찌릿한 느낌이 있어야 변질되지 않은 것이다.
이렇게 니트로글리세린이 의약품으로 사용되기 때문에 니트로글리세린 패치에 제세동기로 충격을 가하면 폭발한다는 도시전설이 있었다. 이 도시전설은 Mythbusters에서 검증한 바 있으며, 다행스럽게도 '''거짓으로 판명'''났다.
고등학교 국어 교과서에 손아귀 힘이 셌지만 문맹이어서 ''''어린이가 열 수 없는 안전 뚜껑. 눌러서 돌려야 열립니다.'''' 라고 써 있는 니트로글리세린 약병의 문구를 읽지 못해 심장마비로 세상을 떠난 아버지를 회상하는 글이 실린 적 있다.[5][6] 사실 안 가르쳐주면 문맹이 아니라도 이공계가 아니면 '안전뚜껑'표시만 보고는 뭐가 안전한 지 알 도리가 없다. 약병에 적어 놓은 설명글은 글씨가 자잘해서 1~2mm짜리가 흔하기도 하고. 2010년대에 들어와 약병은 물론이고 건강기능식품병뚜껑까지 안전 뚜껑으로 바뀌는 추세인데 이거 여는 법을 모르셔서 매번 자기식대로 여는 어르신들이 꽤 있다.
4. 매체에서의 등장
영화나 드라마 만화같은 경우에도 등장하며 특히 폭력이 난무하는 액션과 범죄 그리고 미스테리 작품에서 항상 단골로 등장하며 실제로도 테러범죄에서도 자주 쓰이는 액체며 테러리스트들에게 많은 사랑을 받는 대표적인 액체이다.
하지만 실제로는 위의 특성을 보다시피 다루기도 힘들고, 폭발력이 더 뛰어난 다른 폭약도 많기 때문에 아무리 악당이라도 이걸 쓰는 건 현실성이 좀 떨어진다고 볼 수 있다. 골드 러시 시대가 배경이라 이게 제일 좋은 폭약이었다면 모를까... 다만 오히려 이 다루기 힘들고 위험하다는 특징을 이용해 인질 협박용으로 쓰거나 하는 제법 그럴듯한 경우도 있긴 하다.[7]
- 니트로글리세린을 아주 사실적으로 다룬 매체를 하나 뽑자면 쥘 베른의 신비의 섬이 있다. 노천질산칼륨광에서 질산 분리 후 해초에서 소다를 분리해 제작한다. 충격에 약하다는 특성 때문에 마지막 작업은 전문가가 혼자서 했으며 뇌관이 없어서 떨어지는 돌로 기폭시켰다.
- 그래플러 바키 2부 도입부에서 싱크로니시티에 의해 어느 날 갑자기 알 수 없는 이유로 안정화한 물질이라는, 몹시 말도 안 되면서도 왠지 그럴싸한 허풍을 치는 바람에 정말 그런 줄 아는 사람들도 종종 있다. 만화는 만화일 뿐이니 주의하자. 게다가 여기선 이걸 안전하게 운송하겠답시고 얼려놓는 장면도 나오는데, 얼어서 고체화된 니트로글리세린은 액체일 때보다 충격에 더욱 민감하다.
- 레인보우 식스 시리즈에서도 폭발물들과 밀접한 관련이 있으며 특히 레인보우 식스 시즈에서는 C4의 원재료가 되기도 한다. 니트로글리세린이 정전기에 불안한 것을 이용해서 전화를 부착시켜 놓고 다른 전화로 신호가 가게 함으로서 원격으로 폭발하는 것. 이 폭발물을 배치하거나 격발할 시 대원들이 니트로글리세린을 줄여서 Nitro라고 부르기도 한다.
- 프랑스 영화 공포의 보수는 유전 화재를 막기위해 니트로글리세린을 운송하면서 벌어지는 일들을 다룬 영화다.
- 영화 버티컬 리미트에서 K2에 고립된 생존자 구조를 위하여 구조대가 니트로글리세린을 가져가는데 사고가 잇따른다.
- 만화 나의 히어로 아카데미아의 등장인물 바쿠고 카츠키는 땀이 니트로 성분으로 이루어져 있어 이것으로 상대를 공격하는 것이 가능하다.
- 로빈 쿡의 소설 암센터에서 주인공이 니트로글리세린을 만든 뒤 얼려 고체화 시키고는 그걸 가지고 인질극을 벌이는 장면이 있다. 진입하려는 병력에게 니트로글리세린을 얼렸으니 더 민감해져서 문을 세게 닫는 충격으로도 터질 수 있다! 쳐들어 오면 다 죽는다!고 블러핑을 하는데[9], 전문가들도 "아무리 니트로글리세린을 고체화 시켰어도 그 정도까지는 아니겠지만, 예기치 못한 충격으로 터질 수 있으니 신중한 대처를 해야 한다"고 주문하는 장면이 나온다.
- 한국 영화 명왕성에서는 푸른색 액체로 등장하는데, 페트병에 담겨서 폭탄으로 쓰인다.
- 영화 세상에서 가장 빠른 인디언에서 버크 할아버지(앤소니 홉킨스 분)가 솔트레이크 보너빌에서 최고속 기록 도전에 앞서 그의 특수 개조된 인디언스카우트의 연료통에 평소 협심증 때문에 먹던 니트로글리세린 알약을 털어넣는다. 연료의 폭발성을 증대시켜 출력을 높이려는 의도지만 실제로는 그거 소량 넣는다고 해서 휘발유의 특성이 바뀌기는 힘들기에 효과는 없다.
- 미드 닥터 하우스 시즌2 12화에서 하우스의 대학동기가 신약 임상실험되는 약이 두통을 억제하는 약인데, 하우스는 대학동기에게 엿을 먹이기 위해 본인이 테스트한다. 하우스는 임상실험중인 두통약을 먼저 주사하고 다음 니트로글리세린을 주사한다.[10] 물론 니트로글리세린은 엄청난 두통을 일으킨다. 위 의약품 목차에서도 "기화된 니트로글리세린을 흡입하여 인한 두통"이라 서술 되어있다. 니트로글리세린의 투약이 얼마나 두통을 가지고 오는지는 알 수 없다.
- 미드 하와이 파이브 오 시즌 5까지의 메인 악역이었던 우 펫이 시즌 4에서 헬기 사고로 인해 교도소에서 처방 받는 니트로글리세린을 삼키지 않고 꾸준히 모아 폭약을 만들어 탈옥하는 장면이 나온다.
- 태양의 사자 철인 28호에서는 미국에 있는 대규모 공업 단지에 발생한 화재를 진압하기 위해 니트로글리세린보다 10배는 강하다는 고분자 니트로글리세린을 옮기는 에피소드가 있다.
- 1980년 중후반 MBC TV 인기외화 맥가이버에서 이 화합물의 폭발성과 불안정성에 대해 잘 묘사한 적이 있다. 아주 적은 양을 막대기에 묻혔다 튕겼을 때의 폭발이라든지, 낡은 목재 보관소가 삐걱거리다 박스가 떨어져 폭발하는 적나라한 장면이 있었다. (방송회차는 아는 사람 업데이트 바람.)
[1] 얼음물과는 열분산능력 등 냉각능력이 차원이 다르다. 당연한 얘긴데, 순수 얼음물의 온도는 제아무리 낮아 봐야 0도다.[2] 과거엔 냉동상태로도 운송되었지만 해동과정에서 사고가 많이 발생해서 현재에는 쓰이지 않는다.[3] 보다 정확히 말하자면, 일반적으로 생각하는 '치료'보다는 일시적인 '증상 조절'에 가깝다. 니트로글리세린이 협심증의 경과 자체를 바꾸지는 못한다. 하지만 그런 급성 증상으로 인해 사망에 이를 가능성도 있다.[4] NO. 체내에서 신호전달물질로 작용하는데, 이를 연구한 사람은 1998년 노벨 생리의학상을 받았다.[5] 리더스 다이제스트에 실렸던 글이기도 하다.[6] 이런 경우 때문에 요새는 글 대신 그림 표기를 선호한다.[7] 물론 또 진지하게 따지자면, 아무리 그래도 보관 자체도 힘든 니트로글리세린을 쓰느니 차라리 다른 폭약을 쓴 다음 터지기 쉽게 만들어놓는 편이 더 편리할 것이다.[8] 다만, 후일 2(일본어로 니)+트로(트롤)이라서 그렇게 불렀다는 언급도 나온다. 아마도 이게 진짜일 듯하다.[9] 실제 니트로가 아닌 색깔만 비슷한 가짜였다.[10] 아니 에초에 강제로 극심한 두통을 유발하면 그게 테스트 일까 싶기도 하다. 드라마를 본 사람들은 알겠지만, 일반적인 사람이 그렇게 심하게 두통이 올리 없고, 강제로 두통을 유발하지 않을 것이다.