[케뉴-원소 이야기] 빛을 발하는 인(P), 가공식품 속 과잉섭취 위험

phosphorus, 해가 뜨기 전에 금성이 나타난다는 의미에서 유래
보일, 점화성 가진 인으로 인류 최초 성냥 개발
인의 과잉 섭취, 뼈·심혈관계 질환 발생 위험
인은 육류나 어류, 계란, 우유 등 과 식품첨가물로서 가공식품에 다량 함유

화학의 가장 기본적인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]

주기율표에서 번호 15번을 가진 인(Phosphorus)에 대해서 알아본다.

인은 어둠 속에서 빛을 발하는 특성을 가지고 있어 '빛을 가져온다(bringing light)'는 뜻에서 유래되었으며, 그 이름은 그리스 신화에서 phosphorus는 금성으로 해가 뜨기 전에 금성이 나타나기 때문에 빛을 가져오는 행성인 금성의 이름에서 유래된 것으로 알려져 있다.

인은 기호 P이며, 비금속으로 분류되는 인은 실온에서 고체다.

미국 에너지부에 따르면 1669년 독일의 의사이자 연금술사인 헤닝 브랜드(Henning Brand)에 의해 처음으로 분리됐는데, 그것은 원소를 발견하는 방법 중 가장 역겨울 수 있는 방법이었다. 그는 60통의 소변을 처리해 인을 처음으로 분리했으며, 다행히 현재는 주로 인산암(Ca3(PO4)2)에서 얻는다.

연금술사였던 브랜드는 소변에서 현자의 돌을 찾으려는 오랜 실험에서 엄청난 양의 소변을 썩히고, 끓이는 과정으로 통해 흰색 농축액을 얻어냈다. 연금술은 실패했지만 이 농축액이 어둠 속에서 빛을 내는 특징을 발견했고 이 묘한 물질을 만병통치약으로 선전하기도 했다고.

이후 화학의 아버지라 불리는 보일이 소변 농축물에 있는 인산염이 모래와 탄소와 반응해 인을 생성해낸다는 원리를 알아냈으며 인에서 산화인과 인산을 만드는 방법도 발견했다.

인은 흰색 또는 노란색, 빨간색, 검은색 또는 보라색 등 네 가지 이상의 동소체 형태로 존재하며, 일반 인은 밀랍 같은 백색 고체다. 순수할 때는 무색 투명하며, 물에 녹지 않지만 이황화탄소에는 녹는다. 인은 공기 중에서 자연발화 오산화물로 연소된다.

이러한 점화성을 가진 인으로 보일은 인류 최초 성냥을 개발하기도 했다. 작은 나뭇조각의 끝부분에 황을 붙여 불을 켜는데 인을 사용했다. 점화가 가능한 인은 연막탄의 재료나 나치에 대항하는 레지스탕스의 화염병에도 활용되었다고 한다.

백인(White(Yellow) phosphorus, 황린)은 물속에 저장되어야 하며, 보통 인화합물을 생산하는 데 사용된다. 적인은 백인을 250°C로 가열하거나 백인을 햇빛에 노출시킴으로써 형성된다. 적인은 독성이 없고 백인만큼 위험하지 않다. 적인은 안전 경기, 불꽃놀이, 연막탄, 살충제에 사용되며, 흑인은 인의 반응성이 가장 낮은 형태이며 상업적으로 유의미한 용도는 없다.

인산(H3PO4)은 청량음료에 사용되며 삼중 초인산 비료(Ca(H2PO4)2·H2O)와 같은 많은 인산 화합물을 생성한다. 인산삼염(Na3PO4)은 세정제나 물 연화제로 사용되며, 보일러 스케일과 배관 및 보일러 튜브의 부식을 방지하는 데 중요하다.

인산칼슘(Ca3(PO4)2)은 도자기 제조 및 베이킹 파우더 생산에 사용된다. 일부 인화합물은 어둠 속에서 빛나거나 흡수 방사선에 반응해 빛을 방출하며 형광등 전구 및 텔레비전에 사용되기도 한다. 인은 강철과 인청동 제조, 구리의 야금 과정에서 불순물인 산소 제거에도 쓰이며, 무산소-인함유 구리는 열과 전기 전도도가 높아 공업용으로 활용된다.

최근에는 P2O5 함량을 70%에서 75%까지 포함할 수 있는 농축인산이 농업과 농업 생산에 큰 비중을 두고 있다. 전 세계적으로 비료에 대한 수요가 기록적인 인산염 생산을 야기했다. 인산염은 나트륨 램프에 사용되는 것과 같은 특수 안경 생산에 사용된다.

인은 매우 독성이 강하고, 50mg은 치명적인 선량이며, 백인의 경우 노출은 0.1mg/m3(주 40시간 근무당 8시간 시간 가중 평균)를 초과하지 않아야 한다. 피부에 닿으면 심한 화상을 입을 수 있다.

인의 과잉 섭취, 뼈·심혈관계 질환 발생 위험

인은 모든 세포 프로토플라즘, 신경 조직, 뼈의 필수적인 성분이기도 하다.

우리 몸에서 칼슘 다음으로 많은 무기질인 인은 골격과 신체 구성, 체액의 pH 평형 유지, 에너지 대상 관여 등 중요한 역할을 하기 때문에 인의 부족은 근육, 신경, 혈액 등에 해롭지만, 정상적인 식사를 하는 사람에서는 결핍이 나타나는 경우는 거의 없다.

최근은 가공식품의 섭취 증가로 인해 인의 과잉섭취가 문제가 되고 있는데 인은 육류나 어류, 계란, 우유 등의 식품과 식품첨가물로서 가공식품에 다량 함유되어 있다.

삼성서울병원에 따르면 혈중 인의 농도가 증가하면 부갑상선 호르몬과 성유아세포 증식인자가 소변을 통해 인을 체외로 배출한다. 인을 장기적으로 과잉 섭취하는 경우 이들 호르몬의 수치가 지속 증가해 뼈 질환과 심혈관계 질환이 발생할 수 있다. 인의 과량 섭취는 골다공증 발생 위험이 증가하며, 섬유아 세포 증식인자의 농도가 증가해 심장과 혈관 기능에 문제가 발생함에 따라 심부전과 심혈관 질환의 발병 위험률이 높아질 수 있다.

가공식품을 선택할 때는 뒷면의 원재료명에서 “인(Phosphorus, P) 또는 인산(Phophate, PO₄)”이라는 재료명이 있는 식품의 섭취를 피하는 것이 좋다.

포인트경제 박주현 기자