[케뉴-원소 이야기] 널리 사용되지만 위험한 물질, 염소(Cl)

염소표백제로 많이 알려졌으며 다양하고 많은 제품에 널리 사용되고 있는 염소(Chlorine) 원소에 대해서 알아본다.

어원은 그리스어 클로로스(Chloros)의 '옅은 녹색(pale green)' 또는 '녹황색(greenish yellow)'에서 유래됐다. 1774년 스웨덴의 약사이자 화학자인 칼 윌헴름 셸레가 광물 피롤루사이트(MnO2)와 염산(HCL)을 결합하면서 처음 생산했는데, 셸레가 그의 실험에서 생성된 가스에 산소가 포함되어 있다고 생각했지만, 1810년 영국의 화학자 험프리 데이비는 그것이 원소임을 증명했다.

염소는 기호 Cl이고 원자 번호는 17번인 화학원소다. 할로겐으로 분류되는 염소는 상온에서 기체다. 오늘날 대부분의 염소는 수성 염화나트륨(NaCl)의 전기분해를 통해 생산된다.

염소의 특징과 용도

염소는 거의 모든 원소와 직접적으로 결합하기 때문에 자연에서 결코 자유롭지 않다. 염소 가스는 공기보다 2.5배 무겁고, 매우 불쾌한 냄새가 나고 유독하다. 액체 및 고체 형태로 강력한 산화, 표백 소독제다.

일반적으로 방부제로 사용되며 식수를 안전하게 만들고 수영장을 소독하는 데 사용된다. 다량의 염소는 종이 제품, 플라스틱, 염료, 섬유, 의약품, 방부제, 살충제, 용제 및 페인트 생산과 같은 여러 산업 공정에서 광범위하게 사용된다.

가장 친숙한 염소 화합물 중 두 가지는 염화나트륨(NaCl)과 염화수소(HCl)이다. 일반적으로 식탁용 소금으로 알려진 염화나트륨은 양념과 일부 산업 공정에서 사용되며, 염화수소는 물(H2O)과 혼합될 때 강하고 상업적으로 중요한 산인 염산을 형성한다. 

기타 염소 화합물에는 클로로포름(CHCl3), 사염화탄소(CCl4), 염화칼륨(KCl), 염화 리튬(LiCl), 염화 마그네슘(MgCl2) 및 이산화염소(ClO2)가 있다.

염소는 매우 위험한 물질로 액체 염소는 피부를 태우고 기체 염소는 점막을 자극한다. 3.5ppm의 낮은 가스 농도는 냄새로 감지할 수 있는 반면 1000ppm의 농도는 몇 번의 심호흡 후에 치명적일 수 있다.

생산되는 대부분의 염소는 위생, 펄프 표백, 소독제 및 직물 가공을 위한 염소화 화합물의 제조에 사용되며, 또한 염소산염, 클로로포름, 사염화탄소의 제조 및 브롬 추출에 사용된다.

유기화학은 염소를 산화제로서나 대체재로서 많은 것을 요구하는데, 이것은 종종 하나의 합성 고무 형태처럼 수소를 대체할 때 유기 화합물에 많은 원하는 성질을 가져오기 때문이다. 자연에서 주로 일반 소금과 같은 나트륨(NaCl), 카날라이트, 실바이트와 함께 결합된 상태에서만 발견된다.

환경과 건강에 미치는 영향

염화물은 지구 해양에 용해된 소금의 대부분을 구성하고 해수 질량의 약 1.9%가 염화물 이온이다. 토양의 염화물 양은 바다와의 거리에 따라 다른데 최고 토양의 평균은 약 10ppm이다. 식물에는 다양한 양의 염소가 포함되어 있고 엽록체에 농축된 고등 식물의 필수 미량 영양소다. 토양의 염화물 양이 2ppm 미만으로 떨어지면 성장이 어렵지만 그런 일은 거의 발생하지 않으며 공차의 상한은 작물에 따라 다르다.

대표적으로 종이 회사는 염소를 사용해 종이를 표백한다. 물과 폐수 처리 공장은 염소를 사용해 인간에게 질병을 전파할 수 있는 미생물의 수위를 줄인다. 오염된 공기를 마시거나 오염된 음식을 물과 함께 섭취할 때 몸에 염소가 들어가는데 염소는 반응성이 높은 기체로 반응성 때문에 체내에 남아있지는 않는다.

짧은 시간 동안 소량의 염소를 흡입하면 인간의 호흡기에 악영향을 미치고 기침과 흉통, 폐의 수분 보유에 이르기까지 그 영향은 다르다. 

호흡과 관련된 인간의 건강 영향과 장기간 소량의 염소를 소비하는 것은 알려져 있지 않다. 일부 연구에 따르면 근로자들이 염소에 반복적으로 노출되어 흡입으로 인한 부작용이 발생한다.

염소는 물과 혼합되면 용해된다. 일단 공기와 물에 있으면 염소는 다른 화학물질과 반응하고 물속의 무기 물질과 결합해 염화물 염을 형성하고 물속의 유기 물질과 결합해 염소화 유기 화학 물질을 형성한다. 그래서 이러한 반응성 때문에 염소는 땅을 통해 이동해 지하수로 들어갈 가능성이 낮다. 

식물과 동물은 염소를 저장하지 않으나 연구에 따르면 공기 중 염소에 반복적으로 노출되면 동물의 면역체계, 혈액, 심장 및 호흡기에 영향을 미칠 수 있다. 염소는 낮은 수준에서 환경에 해를 끼치고 물과 토양에 사는 유기체에 특히 해롭다. 

한중과학기술협력센터에 따르면 전통적인 염소 표백은 일정량의 환경 유해 물질을 생성하여 표백 폐수의 생화학적 처리가 어렵고 주기가 길며 과정이 복잡하다. 또한 식품포장지 등에 잠재적 위험을 가져다주는데 이러한 대안으로 2019년 친환경 화학적 방법과 생물화학적 방법의 표백 신기술이 개발되었다고 한다.

포인트경제 이민준 기자