백린

3. 화학적 성질

백린은 인 원자 4개로 이루어진 분자로 존재한다. 4개의 원자가 정사면체 구조를 이루면서 고리 긴장을 일으켜 불안정하다. 이 구조는 P-P 결합이 6개 있는 것으로 설명할 수 있다. 백린의 결정 구조는 두 가지가 있는데, 알파 구조(α form)는 등축정계 결정이고, 195.2 켈빈 온도에서 베타 구조(β form)로 바뀌며, 베타 구조는 육방정계 결정 구조인 것으로 보인다.^[18] 베타 구조가 알파 구조보다 반응성이 약간 작다.^[19]

백린은 투명한 왁스질 고체로, 빛을 쬐면 빠르게 노랗게 변색되어 황린이라고도 불린다. 어두운 곳에서는 녹색을 띠며, 공기와 접촉하면 가연성과 자연발화성이 매우 크고 독성도 있다. 이 때문에 섭취시 간 손상을 일으키고, 만성적으로 노출되면 인산 괴사에 이를 수 있다. 불타면서 마늘 냄새와 비슷한 특이한 악취가 나며, 백린 표본은 보통 하얀 오산화 인(P₂O₅ 또는 P₄O₁₀)으로 코팅되어 있다. 백린은 물에 매우 조금 녹아 물 속에 보관할 수 있으며, 실제로 백린의 자연 발화를 막는 유일한 방법이다. 반면 벤젠, 기름, 이황화 탄소, 이염화 이황에는 잘 녹는다.

백린은 인의 가장 안정적인 동소체는 아니지만, 분자적 특성 때문에 쉽게 정제할 수 있어 표준 생성 엔탈피는 0으로 정의된다.

백린은 불균등화 반응, P-P 결합에 대한 삽입 반응, 연소 반응 등 다양한 화학 반응을 일으킨다.

3. 1. 불균등화 반응

3. 2. 삽입 반응

3. 3. 연소 반응

4. 제조

4. 1. 산업적 제조

5. 용도

백린은 여러 가지 방법으로 제조할 수 있다. 그 중 한 가지 방법은 인회암에서 얻어진 인산 칼슘을 용광로에서 탄소, 규소와 함께 가열하는 것이다.^[20] 그러면 인 원소가 증기로 변해 인산 형태로 엮이게 된다.

백린은 상온에서 증기압이 크다. 증기 밀도를 살펴보면, 약 섭씨 800도까지 백린(P₄)으로 존재하는데, 온도가 그보다 높으면 분자가 이인(Diphosphorus, P₂)으로 분해된다.

백린은 섭씨 50도 정도에서 자연적으로 발화하며, 곱게 갈아졌을 경우에는 더 낮은 온도에서도 분해된다. 이 연소 반응으로 오산화 인이 생성된다.

:$P\_\{4\}\; +\; 5O\_\{2\}\; \backslash longrightarrow\; 2P\_\{2\}O\_\{5\}$ 또는 $P\_\{4\}\; +\; 5O\_\{2\}\; \backslash longrightarrow\; P\_\{4\}O\_\{10\}$

이러한 성질 때문에 백린은 무기로 사용된다. 과거 성냥 대가리에 사용되기도 했지만, 현재 산업안전보건법으로 엄금되고 있다.^[21]

산업 공정에서는 인산염암을 탄소와 실리카가 있는 상태에서 전기 또는 연료를 사용하는 산업로에서 가열한다.^[10] 그러면 원소 인이 증기로 방출되어 인산 아래에서 포집될 수 있다. 1988년에는 이러한 방법으로 약 750000ton이 생산되었다.^[12] 백린은 인산이나 삼염화인, 산화인화염, 오염화인, 오황화인등 다양한 화합물의 전구체로 사용된다.^[11]

5. 1. 인산

5. 2. 기타 화합물

6. 안전성

백린은 급성 독성이 있으며, 치사량은 50~100mg(체중 1kg당 1mg)이다.^[12] 불타면서 마늘 냄새 같은 특이한 악취가 난다. 백린탄으로 사용될 정도로 발화성이 높아 취급에 주의해야 한다.

6. 1. 발화성

6. 2. 독성

7. 기타 다면체 유사체

백린은 가장 간단한 플라톤 입체인 정사면체를 형성하지만, 다른 다면체 인 형태의 인 클러스터는 알려져 있지 않다.^[13] 백린은 열역학적으로 더 안정적인 적린으로 변환되지만, 적린은 분리된 다면체가 아니다. 다른 클러스터는 열역학적으로 더 유리하며, 일부는 더 큰 다원소 화합물의 구성 요소로서 부분적으로 형성되었다.^[13]

7. 1. 큐반형 클러스터

참조

_[1] 상품
_[2] 웹사이트 White phosphorus https://www.acs.org/[...] 2024-08-10
_[3] 논문 The discovery of the elements. II. Elements known to the alchemists 1932-01-01
_[4] 서적 Housecroft2nd
_[5] 서적 Topics in phosphate chemistry World Scientific 1996-01-01
_[6] 논문 On the Polymorphism of White Phosphorus 1997-01-01
_[7] 논문 On the Molecular and Electronic Structures of AsP3 and P4 2010-06-01
_[8] 논문 On the Polymorphism of White Phosphorus 1997-01-01
_[9] 서적 Synthesis of Carbon-Phosphorus Bonds CRC Press
_[10] 간행물 100 years of Phosphorus Making: 1851–1951 Albright and Wilson Ltd 1951-01-01
_[11] 서적 Chemistry Part I Class XII https://ncert.nic.in[...] NCERT 2019-01-01
_[12] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000-01-01
_[13] 서적 Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology Elsevier 1995-01-01
_[14] 논문 Phosphaalkyne Cyclooligomers: From Dimers to Hexamers—First Steps on the Way to Phosphorus–Carbon Cage Compounds
_[15] 웹사이트 A dangerous guide to beachcombing https://www.chemistr[...]
_[16] 웹사이트 Woman mistakes WWII-era munition for precious stone on German beach https://www.dw.com/e[...] 2017-08-05
_[17] 웹인용 Pyrotechnics, Explosives, & Fireworks http://www.faqs.org/[...] 2005-12-04
_[18] 서적 Topics in Phosphate Chemistry World Scientific
_[19] 백과사전인용 황린 두산동아 2012-03-10
_[20] 간행물 100 years of Phosphorus Making: 1851–1951 Albright and Wilson Ltd 1951-01-01
_[21] 웹인용 산업안전보건법 http://sun.ecplaza.n[...] 2012-03-10