붕산
1. 정의와 특성
硼酸
boric acid
붕소를 중심원자로 하는 산. 분자식은 H3BO3이다. 상온에서 무색무취이며 반짝이는 하얀 결정을 이룬다. 물에 녹이면 흡열반응을 한다.[1] 물 또는 에탄올에 잘 녹는다. 인체축적성이 있으며 소화효소 저해성, 영양소 동화작용 방해성질 등 독성이 있으며, 과거에는 식품첨가물로 쓰였으나, 현재에는 식품첨가물로 쓰이지 않는다.
OH가 3개나 붙어있지만 중심원자인 붕소 원자에 전자가 모자라 옥텟 결핍에 해당하기 때문에 전자쌍을 받는 루이스 산이 된다. 한 주기 아래의 수산화 알루미늄(Al(OH)3)은 아예 양쪽성 물질이다.
2. 이용
약한 살균력과 항진균작용을 하며 자극성도 없고 생리작용도 약해서 살균방부제로 쓰이며 살충에 효과가 있다. 건강한 피부에서는 거의 흡수되지 않으나 피부의 화상부위나 습진 등 상처에서는 쉽게 흡수되어 화상 처치에 바르는 붕산연고, 아연화연고 등에 쓰인다. 붕산을 물에 탄 5% 용액은 입속과 목구멍을 소독하는 가글액으로 사용되기도 한다. 가격도 저렴하므로 감기가 유행하거나 황사 등 호흡기 건강이 염려되면 외출 후 5% 붕산 용액으로 입과 코와 목구멍을 가글해서 씻어내면 좋다. 티스푼 1 스푼이 5 cc이고 붕산 1 티스푼은 약 7 그램가량이니 종이커피컵에 3/4 정도인 150 ml에 타면 대충 5% 농도가 된다.
곤충의 배설기관[2]에는 붕산을 배설할 수 있는 기능이 없기 때문에 개미나 바퀴벌레 등을 퇴치할 때 이용된다. 요령은 붕산 가루와 설탕을 1:1 로 섞어서 붕산먹이를 만드는 것. 거기에 약간 물을 첨가해서 페트병 병뚜껑 따위에 담아 두거나 밀가루를 첨가해서 둥글게 뭉쳐서 콩알만 한 경단을 만들어 집안 요소요소에 놓아둔다.# 삶은 감자 조각이나 계란 노른자위, 땅콩버터를 설탕과 함께 짓이겨서 붕산과 잘 섞어도 좋다. 그러면 개미나 바퀴가 그걸 먹고 죽게 되며 아예 가루를 얇게 도포하면 각질과 관절을 통해 흡수되어 죽는다.[3] 포유류에는 큰 악영향이 없으나 동물도 너무 많이 붕산을 섭취하면 설사가 날 수 있다. 경단을 만들어두었다면 애완동물과 어린아이가 쉽게 닿을 수 없는 곳에 놓는 것이 중요.
고농도일 경우 식물에 유해하나 소량의 붕산은 오히려 식물이 성장하는데 도움이 되기 때문에 비료의 재료로도 쓰인다. 다만 토양에서 잘 씻겨 내려가지 않아 토양 오염의 우려가 있어 용량에 특히 주의를 요한다.
붕산은 중성자를 즉각적으로 흡수하는 성질이 있기 때문에, 원자력 발전에서 중성자의 연쇄반응을 막기 위한 컨트롤의 역할로 사용되기도 한다. 물론 그런 성질 때문에 원자력 사고가 있을 경우에도 사용된다. 실제로 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 터지자, 한국 정부는 국내 사용분 6개월치 붕산을 제외한, 53톤 규모의 붕산을 일본에 원조한 바 있다.
붕산을 에틸알콜에 녹이면 붕산 에스테르가 생성되고 이를 태우면 짙은 녹색의 특이한 불꽃색을 내며 조용히 탄다. 불꽃에 손을 가져다 대도 별로 뜨겁지 않아서 cold fire라고 하며 마술 따위에 이용된다.
3. 생성법
Na2B4O7·10H2O(붕사) + 2HCl (염산) → 4 H3BO3 또는 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O 로써 생산이 가능하다.
4. 종류
① 오쏘붕산
: 화학식 H3BO3. 무색 투명하거나 또는 흰색 광택을 가진 인편상(鱗片狀)의 결정이다. 냄새는 없으며 특유한 맛이 약간 난다. 녹는점 184~186℃, 비중 1.49이다. 100g의 물에 3.992g(20℃), 2.66g(10℃)이 녹는다. 수용액에 쿠르쿠마의 황색시험지[薑黃紙]를 적시면 갈색이 되고, 100℃에서 말리면 붉은색이 되므로, 이 반응은 붕산의 검출에 이용된다. 또 알코올·글리세롤 등에도 녹으며, 알코올 용액에 점화하면 붕산과 알코올에 의하여 생긴 에스터가 불꽃 속에서 분리하여 녹색 불꽃을 만들므로 이 반응도 붕산의 검출에 이용되는 경우가 있다. 100℃로 가열하면 1분자를 잃고 메타붕산이 되고, 더 가열하면 140℃에서 사붕산으로, 적열(赤熱)에 의하여 산화붕소로 변한다.
천연산의 붕산염, 특히 붕사 Na2B4O7에 황산 H2SO4 등 무기산(無機酸)을 작용시키면 생기는데, 온도에 따라 물에 대한 용해도의 차가 매우 크므로, 그 성질을 이용하여 정제·분리시킬 수 있다.
Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O → Na2SO4 + 4H3BO3
붕규산유리, 도자기의 유약, 법랑(琺瑯) 등의 원료가 되며, 또 비타민 B2나 루틴 등의 주사제에 가하여 용해를 촉진시키기도 한다. 많이 마시면 위험하며, 치사량은 성인 약 20g, 어린이 약 5g이다.
② 메타붕산
: 화학식 HBO2. 세 가지 이성질체의 존재가 알려져 있다. 물에는 매우 서서히 녹으나, 알칼리 수용액에는 잘 녹는다. 수용액은 오쏘붕산과 같은 성질을 가진다. 오쏘붕산을 가열·탈수하면 생긴다.
③ 사붕산
: 화학식 H2B4O7. 피로붕산·테트라붕산 등이라고도 한다. 유리상 물질로서 알칼리금속염은 안정하다. 오쏘붕산을 140℃에서 40시간 가열하면 생긴다.
[1] 웬만한 이온결합 결정들이 물에 녹는 반응은 거의 전부 다 흡열반응이다. 염화나트륨이나 염화칼륨등을 물이 고온일수록 용해도가 증가하는 이유다. 예외로는 수산화나트륨이나 염화세슘 등이 물에 녹는 반응을 들 수 있다. 그리고 설탕이나 단당류, 이당류등 탄수화물들이 물에 녹는 반응들 또한 흡열반응이다. 다만 산소나 질소 헬륨 등 비극성 기체가 물에 녹는 반응은 발열반응으로 이런 물질들은 저온일수록 더 잘 녹는다.[2] 말피기관 등[3] 거의 눈에 보이지 않을 정도로 얇게 도포해야 효과가 있으며 그냥 허옇게 뿌리면 알아서 피해간다.(...)