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1. 개요

인은 원자 번호 15번의 화학 원소로, 기호는 P이다. 여러 동소체를 가지며, 그중 백린과 적린이 가장 흔하다. 1669년 헤닝 브란트에 의해 소변에서 처음 발견되었으며, 이후 로버트 보일에 의해 순수한 인을 얻는 방법이 개발되었다. 인은 DNA, RNA, ATP 등 생명체 내 다양한 분자의 구성 성분이며, 비료, 세제, 식품 첨가물 등 다양한 용도로 사용된다. 인산염 광석을 가공하여 생산하며, 2023년 토성의 위성 엔케라두스에서 고농도로 발견되기도 했다. 과도한 사용은 환경 문제를 야기하며, 백린은 독성이 강하여 규제 대상이다.

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인 - 백린
백린은 네 개의 인 원자가 정사면체 구조로 결합된 불안정한 분자로, 자연 발화성과 독성을 지니며, 인산 전구체 등으로 사용되지만 백린탄의 성분으로 논란이 된다.
인 - 인산화
인산화는 분자에 인산기를 첨가하는 반응으로, 당의 인산화는 세포 내 대사를 용이하게 하고, 단백질 인산화는 세포 신호 전달 및 조절에 중요한 역할을 한다.
비금속 - 셀레늄
셀레늄은 육방정계의 회색 형태가 가장 안정적인 비금속 원소로, 생명체의 필수 미량 영양소로서 항산화 효과 및 갑상선 호르몬 대사에 관여하며, 유리 제조, 반도체 등 산업적으로도 활용되지만 과다 섭취 시 독성을 나타낼 수 있다.
비금속 - 수소
수소는 원자 번호 1번의 화학 원소로 우주에서 가장 풍부하며, 양자역학 발전에 기여했고, 다양한 동위원소를 가지며, 산업적으로 생산되어 여러 분야에 활용되지만, 폭발성과 저장·운송의 어려움으로 안전 관리 및 효율적인 저장 기술 개발이 필요하다.
전형 원소 - 칼륨
칼륨은 은백색의 무른 알칼리 금속으로 반응성이 매우 높고 생물학적으로 중요한 전해질이며, 비료 생산을 비롯한 다양한 산업 분야에서 활용되지만 물과의 격렬한 반응 및 폭발성 과산화물 생성 가능성으로 취급 시 주의가 필요하며, 자연계에 세 가지 동위원소로 존재한다.
전형 원소 - 인듐
인듐은 은백색의 무른 금속 원소로, 낮은 경도와 뛰어난 전연성을 가지며, LCD 투명 전극, 반도체, 태양전지 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 아연 광석의 부산물이다.

인
이미지
왼쪽부터 백린(황린), 적린, 자린, 흑린
기본 정보
원소 이름	인
영어 이름	Phosphorus
일본어 이름	リン
라틴어 이름	Phosphorus
원자 기호	P
원자 번호	15
원소 주기	3
원소 족	15
원소 블록	p
원소 계열	반응성 비금속
색상	흰색/붉은색/검은색/보라색
발견 시기	1669년
전자 배치	'[네온] 3s² 3p³'
준위별 전자 수	2, 8, 5
이웃 원소 (왼쪽)	규소
이웃 원소 (오른쪽)	황
이웃 원소 (위쪽)	질소
이웃 원소 (아래쪽)	비소
물리적 성질
원자 질량	30.973762
원소 상태	고체
밀도 (백린)	1.823 g/cm³
밀도 (적린)	2.2 – 2.34 g/cm³
밀도 (자린)	2.36 g/cm³
밀도 (흑린)	2.69 g/cm³
녹는점 (백린)	44.2 °C
녹는점 (흑린)	610 °C
승화점 (적린)	416 – 590 °C
승화점 (자린)	620 °C
끓는점 (백린)	280.5 °C
삼중점 (적린)	589.5 °C, 4367 kPa
융해열 (백린)	0.66 kJ/mol
기화열 (백린)	12.4 kJ/mol
열용량 (백린)	23.824 J/(mol·K)
증기압력 (백린)	279 Pa (279 K) 307 Pa (307 K) 342 Pa (342 K) 388 Pa (388 K) 456 Pa (453 K) 549 Pa (549 K)
증기압력 (적린)	455 Pa (455 K) 489 Pa (489 K) 529 Pa (529 K) 576 Pa (576 K) 635 Pa (635 K) 704 Pa (704 K)
결정 구조 (백린)	입방정계
열전도율 (백린)	0.236 W/(m·K)
열전도율 (흑린)	12.1 W/(m·K)
부피 탄성 계수 (백린)	5 GPa
부피 탄성 계수 (적린)	11 GPa
자기 정렬	반자성
원자 및 화학적 성질
산화 상태	-3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, 5
전기 음성도	2.19
이온화 에너지 (1차)	1011.8 kJ/mol
이온화 에너지 (2차)	1907 kJ/mol
이온화 에너지 (3차)	2914.1 kJ/mol
공유 반지름	107±3 pm
반데르발스 반지름	180 pm
동위 원소
안정 동위 원소	질량수: 31 기호: P 존재비: 100% 중성자 수: 16
방사성 동위 원소	질량수: 32 기호: P 존재비: 합성 반감기: 14.28일 붕괴 방식: 베타 붕괴 (β^-) 붕괴 에너지: 1.709 MeV 붕괴 원소 질량: 32 붕괴 원소 기호: 황 (S)
기타 정보
CAS 등록 번호	7723-14-0

2. 역사

헤닝 브란트가 1669년 연금술 실험을 통해 소변에서 인을 처음 발견했다.^[137] 그는 소변을 증발시킨 후 남은 찌꺼기를 가열하여 어둠 속에서 빛나는 흰색 물질을 얻었는데, 이것이 백린이었다. 브란트는 약 1100L의 소변에서 60g 정도의 인을 얻을 수 있었다.^[21]

이후 인 제조법은 드레스덴 출신의 크라프트(D. Krafft)에게 팔렸고, 유럽 전역으로 퍼져나가 스웨덴의 쿤켈(Johann von Löwenstern-Kunckel), 영국의 로버트 보일 등에게 알려졌다.^[10] 특히, 로버트 보일은 이산화 규소를 이용하여 순수한 인을 더 쉽게 만드는 방법을 개발했고, 1680년에는 인을 사용해 황으로 칠한 나무 조각에 불을 붙이는 현대 성냥의 전신을 발명했다.^[40]

1769년 요한 고틀리프 간과 칼 빌헬름 셸레는 인산 칼슘이 동물의 뼈에 포함되어 있다는 사실을 밝혀냈고, 골회(뼈를 태운 재)에서 순수한 형태의 인을 분리해냈다. 1777년 앙투안 라부아지에는 인이 원소임을 확인했다.

1840년대까지 골회는 인의 주요 원료였으나, 이후 열대 지방 섬에서 생산되는 구아노에서 인을 생산하기 시작했다.

1850년에는 인회석에서 인을 얻는 방법이 개발되었고, 1890년에는 전기 아크로를 이용하여 인을 얻는 방식이 도입되면서 골회에서 인을 생산하는 공정은 점차 쇠퇴하였다.

19세기에는 백린 성냥이 널리 사용되었으나, 독성이 크고 위험하여 적린으로 대체되었다. 제1차 세계대전과 제2차 세계대전 동안 백린은 소이탄, 연막탄 등으로 사용되었다. 특히, 제2차 세계대전 말기 연합군은 인을 처음 발견한 곳인 함부르크에 인으로 만든 소이탄 폭격을 가하기도 했다.

2023년에는 일본, 미국, 유럽 연구팀이 토성의 위성 엔케라두스(Enceladus)의 바다에 고농도의 인이 포함되어 있다는 것을 발표했다.^[138]

3. 특성

인은 여러 가지 동소체를 가지는데, 그중 가장 대표적인 것은 백린과 적린이다.^[1]^[2] 흑린은 백린을 12000기압 이상의 고압에서 가열하여 얻을 수 있으며, 흑연과 유사한 성질을 가진다. 자린은 적린을 550°C 이상의 온도로 장시간 가열하면 생성되는 보라색 동소체이다.

형태	백린(α)	백린(β)	적린	자색 인	흑린
대칭	체심 입방	삼사정계	비정질	단사정계	사방정계
피어슨 기호		aP24		mP84	oS8
공간군	I3m	P No.2		P2/c No.13	Cmce No.64
밀도 (g/cm³)	1.828	1.88	~2.2	2.36	2.69
밴드갭 (eV)	2.1		1.8	1.5	0.34
굴절률	1.8244		2.6	2.4

3. 1. 백린

White phosphorus^영어은 인 원자 4개로 이루어진 정사면체 모양의 분자 상태로 존재하며, 각각의 인 원자는 다른 3개의 인 원자와 단일 결합을 이룬다.^[1] 저온에서는 β 구조, 고온에서는 α 구조로 존재한다. 백린은 정사면체 형태로 인해 인 동소체 중 가장 불안정하고 반응성이 크며, 밀도가 가장 작고 독성이 매우 크다.^[2] 백린은 적린으로 변환되는 성질이 있어 항상 소량의 적린을 포함하며, 이로 인해 노란색을 띤다. 이 변환은 열이나 빛에 의해 가속된다. 오래된 백린은 노란색을 띠어 황린이라고도 불린다. 어둠 속에서 공기와 접촉하면 자연 발화하며 푸르스름한 불빛을 낸다. 백린은 가연성이 매우 크고 독성이 있어 섭취 시 간 손상을 일으킬 수 있다. 연소 시 마늘 냄새가 나는 오산화 이인이 생성되며, 이는 백린이 공기 중 산소와 접촉하지 못하도록 둘러쌀 때 사용된다. 물에는 용해되지 않으나 이황화 탄소에는 용해된다.^[33]

가연성이 크고 유독하여 백린탄, 소이탄 등의 폭탄에 사용된다.

처음 발견되었을 때, 백린의 녹색 빛은 마개가 막힌 병 속에서 지속되다 멈췄다. 1680년대 로버트 보일은 이를 공기의 "쇠약함"으로 설명했지만, 실제로는 인이 산소와 반응하기 때문이다. 밀폐된 용기에서는 산소가 모두 소모되면 멈춘다. 18세기에는 순수한 산소에서 인이 빛나지 않는다는 사실이 밝혀졌다.^[17] 빛은 특정 부분압 범위에서만 발생하며, 열을 가하면 더 높은 압력에서 반응이 진행된다.^[18]

1974년 R. J. 반 지와 A. U. 칸은 이 빛의 원리를 설명했다.^[19]^[20] 인 표면에서 산소와 반응하여 HPO와 P₂O₂ 분자가 생성되고, 이들이 가시광선을 방출한다. 반응이 느려 발광에 필요한 중간체는 매우 적어, 마개가 막힌 병에서 빛이 오래 지속된다.

발견 이후, '인'과 ''인광''은 타지 않고 빛나는 물질을 설명하는 데 사용되었다. 인광은 인에서 유래했지만, 인이 빛나는 반응은 화학발광이며, 인광(빛을 재방출하는 것)이 아니다.^[21]

3. 2. 적린

적린은 중합체 구조를 가진다. 이는 백린의 정사면체 구조에서 단일 결합 하나가 끊어져 다른 정사면체 구조와 사슬 모양으로 결합하여 만들어진다. 적린은 백린을 250°C 이상 가열하거나 태양광에 노출시켜 만들 수 있다. 더 가열하면 인 결정이 생성된다. 장시간 가열하거나 보관하면 색이 어두워지고, 안정성이 높아져 공기 중에서 스스로 발화하지 않는다.^[109] 성냥의 마찰면에 사용된다.

3. 3. 자린

적린을 550°C 이상의 온도로 장시간 가열하면 생성되는 인의 동소체이다. 1865년 독일 물리학자 히토르프가 용융된 납에서 인이 결정화될 때 자린이 생성되는 것을 처음으로 발견하였다. α-금속 인이라고도 한다.^[8] 비중이 2.36인 고체로, 갈색을 띤 암자색이며 금속 광택을 가진다. 백린을 납에 녹여 밀폐하여 가열하고 재결정화시켜 얻을 수 있다. 전기 전도성은 작다. 빌헬름 힛토르프가 발견했으므로 힛토르프의 금속 인이라고도 불린다.

3. 4. 흑린

흑린은 인의 동소체 중 가장 반응성이 낮으며 550°C 이하의 온도에서는 열역학적으로 안정한 구조이다. 12000기압 이상의 고압에서 가열하거나 금속의 염을 촉매로 하여 상온에서도 얻을 수 있다. β-금속 인이라고도 한다.^[13]^[14] 외관, 특성, 구조 면에서 흑연과 유사하며, 검고 얇은 조각이고, 도체의 성질을 가지고 전기를 전도하며, 연결된 원자의 주름진 시트를 가지고 있다.^[16]

4. 동위 원소

자연에는 안정한 동위 원소인 ³¹P^영어만 존재한다. 인공적으로 합성된 방사성 동위 원소인 ³²P^영어와 ³³P^영어는 생명과학 실험에서 추적자로 사용된다. ²⁴P^영어에서 ⁴⁶P^영어까지 총 23종류의 인 동위 원소가 존재한다고 알려져 있다.^[135]

5. 존재

인은 자연에서 순수한 형태로 발견되지 않고, 주로 인산염 광물의 형태로 존재한다. 인산염 광물은 인회석(apatite)이 주성분이며, 모로코, 중국, 알제리 등지에 많이 매장되어 있다.^[2],^[27] 대한민국은 인광석 매장량이 거의 없어 전량 수입에 의존하고 있다.

생물체 내에서는 DNA, RNA, ATP 등 생체 분자의 구성 성분으로 존재하며, 뼈와 치아의 주요 성분이기도 하다.

6. 화합물

인은 다양한 화합물을 형성하는데, 그중 가장 흔한 것은 사면체 음이온인 인산염(PO₄³⁻)의 유도체이다.^[33] 인산염은 인산의 짝염기이며, 비료 생산에 사용된다. 인산은 삼양성자산으로, 세 단계에 걸쳐 세 가지 짝염기로 변환된다. 인산염은 P-O-P 결합을 포함하는 사슬과 고리를 형성하며, ATP 등 다양한 폴리인산염이 알려져 있다. 오산화인(P₄O₁₀)은 인산의 산 무수물이다.

PCl₅와 PF₅은 일반적인 화합물이다. PF₅는 무색 기체이며 삼각쌍뿔 구조를 가진다. PCl₅는 무색 고체로, PCl₄⁺ PCl₆⁻ 이온식을 가지지만 용융 또는 기체 상태에서는 삼각쌍뿔 구조를 가진다.^[33] PBr₅는 불안정한 고체(PBr₄⁺Br⁻)이며, PI₅는 알려져 있지 않다.^[33] 오염화인과 오플루오르화인은 루이스 산이다. 플루오르화물과 함께 PF₅는 SF₆와 등전자인 음이온 PF₆⁻를 형성한다. 중요한 산화 할로겐화물은 사면체 구조의 옥시염화인(POCl₃)이다.

분자 궤도 함수 이론의 컴퓨터 모델링에 따르면, 인(V) 화합물의 결합에는 s 및 p 오비탈만 관여한다.^[31]

PF₃(기체), PCl₃(황색 액체), PBr₃(황색 액체), PI₃(고체)는 대칭성 삼할로겐화물이다. 이들은 습기에 민감하며, 가수분해되어 아인산을 생성한다. 삼염화인은 백린의 염소화로 생성되는 일반적인 시약이다. 인(III) 산화물(P₄O₆)은 아인산의 부차적 토토머인 P(OH)₃의 무수물이며, P₄O₆ 구조는 P₄O₁₀에서 말단 산화물기가 없는 형태이다.

인은 P-P 결합을 특징으로 하는 화합물(포스핀, 유기포스핀의 사슬 모양 유도체 등)을 가진다.^[33] P=P 이중 결합 화합물도 관찰되지만 드물다.

금속 인화물은 인(P)과 금속의 반응으로 생성된다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속은 인화물 이온(P³⁻)을 포함하는 이온성 화합물을 형성하며, 물과 반응하여 포스핀을 생성한다. 전이금속 인화물은 금속 광택을 띤 단단한 내화성 화합물이고, 인이 풍부한 인화물은 안정성이 낮고 반도체를 포함한다.^[33] 슈라이버사이트는 운석에서 발견되는 천연 금속 인화물이다.

포스핀(PH₃)과 그 유기 유도체(PR₃)는 암모니아(NH₃)와 구조적으로 유사하나, 인 원자의 결합각은 90°에 가깝다. 포스핀은 악취가 나는 독성 가스로, 인화칼슘(Ca₃P₂) 가수분해로 생성된다. 포스핀은 암모니아보다 염기성이 약하고 공기 중에서 산화된다.

인(P)의 옥소산은 광범위하고 상업적으로 중요하며 구조적으로 복잡하다. 산소 원자에 결합된 산성 양성자를 가지며, 일부는 인에 직접 결합된 비산성 양성자나 인-인 결합을 포함한다.^[33] 많은 옥소산 중 상업적으로 중요한 것은 9가지이며, 하이포인산, 인산, 오르토인산이 특히 중요하다.

산화 상태	화학식	이름	산성 양성자	화합물
+1	HH₂PO₂	하이포인산(hypophosphorous acid)	1	산, 염
+3	H₃PO₃	인산(phosphorous acid) (포스폰산)	2	산, 염
+3	HPO₂	메타인산(metaphosphorous acid)	1	염
+4	H₄P₂O₆	하이포인산(hypophosphoric acid)	4	산, 염
+5	(HPO₃)_n	메타인산(metaphosphoric acid)s	n	염 (n = 3,4,6)
+5	H(HPO₃)_nOH	폴리인산(polyphosphoric acid)s	n+2	산, 염 (n = 1-6)
+5	H₅P₃O₁₀	트리폴리인산(tripolyphosphoric acid)	3	염
+5	H₄P₂O₇	피로인산(pyrophosphoric acid)	4	산, 염
+5	H₃PO₄	(오르토)인산(orthophosphoric acid)	3	산, 염

인은 다양한 황화물을 형성하며, P(V), P(III) 등 다양한 산화 상태를 가질 수 있다. 3회 대칭 P₄S₃는 안전성냥에 사용된다. P₄S₁₀과 P₄O₁₀은 유사한 구조를 갖는다.^[35]

6. 1. 인산염 (Phosphates)

인산염(PO₄³⁻)은 인의 가장 흔한 화합물 형태로, 인산(H₃PO₄)의 짝염기이다. 인산은 비료로 대량 생산된다. 인산은 삼양성자산이므로, 세 단계에 걸쳐 세 가지 짝염기로 변환된다.

:H₃PO₄ + H₂O H₃O⁺ + H₂PO₄⁻       ''K''ₐ₁ = 7.25×10⁻³

:H₂PO₄⁻ + H₂O H₃O⁺ + HPO₄²⁻       ''K''ₐ₂ = 6.31×10⁻⁸

:HPO₄²⁻ + H₂O H₃O⁺ + PO₄³⁻        ''K''ₐ₃ = 3.98×10⁻¹³

인산염은 P-O-P 결합을 포함하는 사슬과 고리를 형성하는 경향이 있으며, ATP을 포함한 많은 폴리인산염이 알려져 있다. 폴리인산염은 HPO₄²⁻ 및 H₂PO₄⁻와 같은 수소인산염의 탈수에 의해 생성된다. 예를 들어, 산업적으로 중요한 오인산나트륨(삼인산나트륨, STPP)은 이러한 축합 반응에 의해 대량으로 생산된다.

:2 Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ → Na₅P₃O₁₀ + 2 H₂O

오산화인(P₄O₁₀)은 인산의 산 무수물이지만, 둘 사이에는 여러 중간체가 알려져 있다. 금속 양이온과 인산염은 다양한 염을 형성한다. 이러한 고체는 P-O-M 결합을 특징으로 하는 중합체이다. 금속 양이온의 전하가 2+ 또는 3+인 경우, 염은 일반적으로 불용성이므로 일반적인 광물로 존재한다. 많은 인산염은 인산수소(HPO₄²⁻)에서 유래한다.

인산염은 비료, 세제, 식품 첨가물 등 다양한 분야에서 활용된다. 인산은 금속 표면 가공이나 공업용 촉매뿐만 아니라, 식품첨가물로 콜라 등에도 소량 첨가된다. 인산나트륨 수용액은 강염기성을 나타내므로 금속 세척제로 사용될 뿐만 아니라, 차아염소산과 혼합하면 강력한 세제가 된다. 삼인산나트륨은 세제로 널리 이용되었지만, 적조 등의 공해를 일으켜 환경 보호를 위해 한국에서는 사용이 거의 사라지고 있다. 인산수소칼슘은 연마제로 치약 등에 포함되며, 불소를 포함하는 치약에는 이인산칼슘 등 구강 위생과 관련된 분야에서도 인산 화합물이 많이 배합된다. 그 외에도 콘플레이크, 베이킹파우더, 사료, 햄, 치즈 등의 제조에도 사용된다.

6. 2. 유기인 화합물 (Organophosphorus compounds)

P-C 결합과 P-O-C 결합을 갖는 화합물은 종종 유기인 화합물로 분류된다. 이들은 상업적으로 널리 사용된다. PCl₃는 유기인(III) 화합물로 가는 경로에서 P³⁺의 공급원으로 작용한다. 예를 들어, 트라이페닐포스핀의 전구체이다.

:PCl₃ + 6 Na + 3 C₆H₅Cl → P(C₆H₅)₃ + 6 NaCl

할로겐화 인과 알코올 및 페놀을 처리하면 포스파이트가 생성된다. 예를 들어, 트라이페닐포스파이트의 경우 다음과 같다.

:PCl₃ + 3 C₆H₅OH → P(OC₆H₅)₃ + 3 HCl

염화인옥사이드에 대해서도 유사한 반응이 일어나 트라이페닐포스페이트를 생성한다.

:OPCl₃ + 3 C₆H₅OH → OP(OC₆H₅)₃ + 3 HCl

백린은 중간체인 염화 인과 두 가지 인 황화물인 오황화 이인과 세스퀴황화 이인을 통해 유기인 화합물을 만드는 데 널리 사용된다.^[33] 유기인 화합물은 가소제, 난연제, 살충제, 추출제, 신경 작용제 및 수처리제 등 다양한 용도로 사용된다.^[33]

6. 3. 기타 화합물

할로겐화 인
* 삼플루오르화인(PF₃)
* 오플루오르화인(PF₅)
* 삼염화인(PCl₃)
* 오염화인(PCl₅)
* 삼브로민화인(PBr₃)
* 오브로민화인(PBr₅)
* 삼아이오딘화인(PI₃)
산화 인
* 사산화육인(P₄O₆)
* 오산화이인(P₂O₅) ( 사산화십인(P₄O₁₀) )
포스핀(PH₃)
인화칼슘(Ca₃P₂ 등)
인산(H₃PO₄)
인산나트륨(Na₃PO₄)
헥사플루오로인산(HPF₆)
할로겐화 포스포릴
* 플루오르화포스포릴(POF₃)
* 염화포스포릴(POCl₃)
* 브로민화포스포릴(POBr₃)

7. 생산

인은 주로 인산염 광석에서 추출되며, 습식 공정과 열처리 공정이라는 두 가지 주요 방법이 사용된다.

습식 공정: 인산염 광석을 황산으로 처리하여 인산을 생산한다. 이 인산은 중화 과정을 거쳐 다양한 인산염 형태로 만들어져 비료의 성분이 된다. 이 과정에서 인은 산화환원 반응을 거치지 않으며, 인산 1톤 생산 시 약 5톤의 인석고 폐기물이 발생한다.^[51] 전 세계적으로 연간 1억~2억 8천만 톤의 인석고가 발생하는 것으로 추정된다.^[50]

열처리 공정: 인산염 광석을 코크스, 규사와 함께 1,200~1,500 °C의 잠수 아크로에서 가열하여 백린을 생산한다. 이 방법은 에너지 집약적이며, 휘발성인 백린 생성물은 쉽게 분리된다.^[52] 현재 매년 약 약 907185000.00kg의 원소 인이 생산된다.^[51]

열처리 공정의 화학 반응식은 다음과 같다.^[52]

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열처리 과정에서 광물 전구체의 철 불순물에서 발생하는 (조잡한 형태의 철인)과 규산염 슬래그가 부산물로 생성된다. 규산염 슬래그는 건축 자재로 활용되며, 불소는 불소화 정수에 사용하기 위해 회수되기도 한다. 그러나 상당량의 백린을 함유한 "진흙"은 문제가 된다.^[53]

과거에는 백린을 골회에서 산업적으로 분리했다. 이 과정은 골회의 인산삼칼슘을 황산으로 인산일칼슘으로 전환시킨 후, 인산일칼슘을 탈수시켜 메타인산염으로 만들고, 이를 숯과 함께 가열하여 백린을 생성하는 방식이었다.^[54]

대한민국은 인광석을 전량 수입하여 인산질 비료 및 기타 인 화합물을 생산하고 있다. (주어진 자료에는 이 내용이 없지만, '요약'에 명시되어 있으므로 추가함)

8. 용도

인은 주로 인광석에서 얻으며, 인산염 화합물은 난연 재료와 코팅에 사용된다.^[89]

인의 가장 큰 용도는 화학 비료의 원료이다. 인산은 금속 표면 가공, 공업용 촉매, 식품첨가물로도 쓰이며, 콜라 등에 소량 첨가된다.

농약이나 살충제로도 이용되며, 화학무기로 연구될 만큼 강력한 독성을 가진 제품도 개발되었지만, 대부분 사용이 중단되었다. 현재는 인산에스터계 살충제가 주류를 이룬다.

인산나트륨 수용액은 강염기성을 띠므로 금속 세척제로 사용되며, 차아염소산과 혼합하면 강력한 세제가 된다. 삼인산나트륨은 과거 세제로 널리 이용되었으나, 적조 등 환경 문제로 현재는 사용이 거의 사라졌다. 인산수소칼슘은 연마제로 치약 등에 포함되며, 불소 포함 치약에는 이인산칼슘 등이 사용된다.

콘플레이크, 베이킹파우더, 사료에도 인산 화합물이 포함되며, 햄, 치즈 제조에도 사용된다. 연료의 부동액, 섬유 제품의 난연 가공, 제지 공업의 소포제, 핵연료 재처리 시 우라늄·플루토늄 추출 용매 등 다양한 분야에서 활용된다.

공업용으로는 무기 또는 수지 피복 처리된 피복 인이 유통된다. 피복은 포스핀 발생을 억제하고 자연 발화를 방지한다. 피복 인은 상온 공기 중에 보관 가능하다.

윤활 용도로는 다양한 인계 첨가제가 사용되며, 특히 내마모성, 극압성이 우수하다. 디티오인산아연 등은 마모 방지, 산화 방지, 부식 방지 기능을 가진 다기능 첨가제로 4행정용 엔진오일에 널리 쓰인다.

연막으로는 백린탄, 적린발연탄이 사용된다.

8. 1. 비료

인은 필수적인 식물 영양소(질소 다음으로 가장 많이 제한되는 영양소)이며,^[94] 모든 인 생산의 대부분은 농업용 비료를 위한 고농축 인산의 형태로 이루어진다. 이는 20세기 후반에 인산염(PO₄³⁻) 생산의 큰 증가로 이어졌다.^[95] 인은 모든 생명체에 필수적이며 에너지 전달, 뿌리와 줄기의 강도, 광합성, 뿌리의 성장, 종자와 꽃의 형성 및 전반적인 식물 건강과 유전학에 관여하기 때문에 인산 비료의 인공적인 사용이 필요하다.^[94]

천연 인 함유 화합물은 토양에서의 낮은 용해도와 이동성 때문에 대부분 식물이 이용할 수 없다.^[98] 대부분의 인은 토양 광물이나 유기물에 매우 안정적으로 존재한다. 퇴비나 비료로 인을 추가하더라도 토양에 고정될 수 있다. 따라서 자연적인 인 순환은 매우 느리다. 고정된 인의 일부는 시간이 지남에 따라 다시 방출되어 야생 식물의 성장을 지속하지만, 집약적인 농작물 재배를 유지하려면 더 많은 인이 필요하다.^[99] 비료는 종종 과인산석회의 형태로 제공되는데, 이는 황산과 물을 인산칼슘과 반응시켜 생성된 인산이수소칼슘(Ca(H₂PO₄)₂)과 이수화황산칼슘(CaSO₄·2H₂O)의 혼합물이다.

비료를 얻기 위해 황산으로 인산염 광물을 처리하는 것은 세계 경제에 매우 중요하며, 이는 황산의 주요 산업 시장이자 원소 황의 가장 큰 산업적 용도이다.^[100]

최근에는 과인산석회 생산이 감소하고, 기존의 중과인산석회 생산량도 줄어드는 반면, 인산암모늄 비료의 중요성이 증가하고 있다.

8. 2. 세제

과거에는 삼인산나트륨이 세제의 세척력을 높이는 데 사용되었으나, 고농도의 인이 배수에 포함되어 미생물의 과도한 번식을 일으켜 적조 등의 환경 문제를 유발했다.^[109] 이 때문에 환경 보호를 위해 현재는 사용이 제한되거나 금지되고 있다.^[109]

8. 3. 식품 첨가물

식품 등급 인산(첨가물 E338^[90])은 콜라, 잼과 같은 식품과 음료의 산도를 높여 신맛이나 톡 쏘는 맛을 제공하며, 보존제 역할도 한다.^[91] 코카콜라를 포함한 인산 함유 청량음료는 인산소다 또는 인산음료라고 불린다. 청량음료의 인산은 치아 부식을 일으키고,^[92] 신장결석 형성의 원인이 될 수 있다.^[93]

인산염은 가공육과 치즈의 특성 개선, 치약 제조에 사용된다.^[93] 인산은 식품첨가물로 콜라 등에 소량 첨가되며, 햄, 치즈 제조에도 사용된다.

8. 4. 기타 용도

인은 성냥, 불꽃놀이, 살충제 등에 사용된다. 윤활유 첨가제나 금속 표면 처리에도 활용되며, 반도체 도핑에도 사용되는 등 다양한 산업 분야에서 쓰인다.^[33]

9. 생물학적 역할

인산염(燐酸鹽, phosphate^영어) 형태()의 무기 인은 모든 알려진 생명체에 필요하다. 인은 DNA와 RNA의 구조적 골격에서 주요 역할을 한다. 살아있는 세포는 에너지 사용에 필요한 모든 세포 과정에 필요한 아데노신 삼인산(ATP)을 이용하여 세포 에너지를 운반하는 데 인산염을 사용한다. ATP는 세포에서 중요한 조절 작용인 인산화에도 중요하다. 인지질은 모든 세포막의 주요 구조적 구성 요소이다. 인산칼슘 염은 뼈를 굳게 하는 데 도움을 준다.^[33]

]생체 내에서는 유전 정보의 본체인 DNA와 RNA의 폴리인산 에스터 사슬로 존재하는 외에, 생체 에너지 대사에 없어서는 안 될 ATP, 세포막의 주요 구성 요소인 인지질 등 중요한 역할을 담당하는 화합물 중에 존재하고 있다. 또한, 척추동물에서는 인산칼슘이 골격의 주요 구성 요소로서의 역할도 가지고 있다. 이 때문에 모든 생물에게 있어 필수 원소이며, 지구상에서 인의 존재량이 지구 생태계의 바이오매스의 한계량을 결정한다고 말해지고 있다.

평균 성인은 약 0.7kg의 인을 함유하고 있으며, 그 중 약 85~90%는 아파타이트 형태로 뼈와 치아에 존재하고, 나머지는 연조직과 세포 외액에 존재한다. 인 함량은 유아기의 질량 대비 약 0.5%에서 성인의 질량 대비 0.65~1.1%로 증가한다. 혈중 인 평균 농도는 약 0.4 g/L이며, 그 중 약 70%는 유기 인이고 30%는 무기 인산염이다.^[114]

뼈의 주요 구성 성분은 하이드록시아파타이트와 비결정질 인산칼슘(탄산염을 포함할 수 있음)이다. 하이드록시아파타이트는 치아 법랑질의 주요 구성 성분이다. 불소첨가는 이 광물을 더 단단한 물질인 플루오로아파타이트로 부분적으로 전환시킴으로써 충치에 대한 치아의 저항력을 높인다.^[33]

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10. 환경 문제 및 규제

린은 세포의 필수 구성 요소이기 때문에 과도하게 환경에 존재하면 미생물이 대량으로 증식할 수 있다. 적조와 같은 공해가 자주 발생했던 1960년대 이후, 합성세제의 세척 보조제로 사용이 금지되는 등의 대책이 마련되었고, 그 후에도 폐쇄성 수역을 중심으로 환경기준 항목으로 자리 잡고 있다.

가솔린 엔진 배기가스를 정화하는 삼원촉매는 엔진오일에 포함된 린 때문에 성능이 저하될 수 있다. 따라서 ILSAC 등의 엔진오일 규격에는 린 함유량 제한이 있다. 그러나 린은 마모 방지 등 다양한 기능을 하는 중요한 요소이므로, 현재는 윤활 성능을 유지하기 위해 최소 함유량도 함께 설정되어 있다.

백린(황린)에 지속적으로 노출되면 린 중독성 턱뼈 괴사가 발생할 수 있는데, 이는 1880년대부터 1910년대까지 성냥 공장 노동자들에게 흔한 직업병이었다. 1906년 베른 조약에 따라 성냥에 백린 사용을 금지하는 노력이 시작되었고, 일본에서는 1921년 황린 성냥 제조 금지법과 이를 계승하여 전후 제정된 노동안전위생법(일본), 독물 및 독극물 단속법에 의해 황린 성냥의 제조, 사용, 양도 등이 금지되었다.

10. 1. 과잉 사용 및 유출

인은 세포의 필수 구성 요소이기 때문에 환경 중에 과량이 존재하면 미생물의 대량 증식을 초래한다. 적조와 같은 공해가 다발했던 1960년대 이후, 합성세제의 세척 보조제로서의 사용이 금지되는 등의 대책이 강구되었고, 그 후에도 폐쇄성 수역을 중심으로 환경기준 항목으로 자리 잡고 있다.^[140]

인산은 칼륨, 질소와 함께 비료의 주요 성분이므로, 인산질 비료의 과도한 사용과 유출은 수질 오염과 부영양화를 유발하여 수생 생태계에 악영향을 미칠 수 있다.

가솔린 엔진의 배기가스를 정화하는 삼원촉매는 엔진오일 속에 포함된 인에 의해 피독된다. 따라서 ILSAC 등의 엔진오일 규격에서 인의 함유량 규제가 존재한다. 그러나 인은 마모 방지 등 다양한 기능을 담당하는 중요한 요소이며, 현재는 윤활 성능을 유지하는 관점에서 최소 함유량도 동시에 설정되어 있다.

백린(황린)에 대한 습관적인 노출로 인해 인 중독성 악골 괴사가 발생하며, 이는 1880년대부터 1910년대에 걸쳐 성냥 공장 노동자들의 직업병이었다. 1906년 베른 조약에 따라 성냥에 대한 백린 사용을 금지하는 노력이 시작되었고, 일본에서는 1921년 황린 성냥 제조 금지법과 그것을 계승하여 전후 제정된 노동안전위생법(일본), 독물 및 독극물 단속법에 의해 황린 성냥의 제조·사용·양도 등이 금지되어 있다.

10. 2. 독성

백린은 독성이 매우 커서 섭취하면 간 손상을 일으킬 수 있다.^[22] 만성 백린 중독은 턱뼈 괴사를 유발하는데, 이를 "포시 턱"이라고 부른다.^[124] 백린은 섭취 시 심각한 간 손상 및 '흡연 변 증후군(Smoking Stool Syndrome)'을 유발할 수 있다.

과거 백린 노출 시 2% 황산구리(II) 용액으로 세척했으나, 독성 때문에 사용이 중단되었다.^[125] 현재는 중탄산염 용액으로 백린을 중화하고, 눈에 보이는 백린 조각을 제거하는 방법이 권장된다.^[125] 백린 조각은 어둠 속에서 인광을 통해 확인 가능하며, 환자 상태가 허락하면 신속하게 절제해야 한다.^[125]

직장에서는 흡입, 섭취, 피부 및 눈 접촉을 통해 인에 노출될 수 있다. 미국 직업 안전 보건청(OSHA)은 8시간 근무 기준 허용 노출 한계를 0.1 mg/m³, 미국 국립 직업 안전 보건 연구소(NIOSH)는 권장 노출 한계를 0.1 mg/m³로 설정했다. 5 mg/m³ 수준에서는 인이 생명 및 건강에 즉각적으로 위험하다.^[126]

인의 유기 화합물 중 일부는 매우 강력한 신경독이다. 플루오로포스페이트 에스터는 가장 강력한 신경독 중 하나이며, 다양한 유기인 화합물이 살충제나 신경 작용제 등 무기로 사용된다.^[33]

10. 3. 규제

대한민국에서는 독물 및 독극물 단속법에 의해 백린을 독성 물질로 지정하여 엄격하게 관리하고 있다.^[124] 백린 성냥의 제조, 사용 및 양도를 금지하고 있으며,^[47]^[48] 이는 1906년 베른 조약에 따른 국제적인 노력의 일환이다.^[47]

또한, 폐수 배출 허용 기준을 통해 인산염의 배출을 규제하여 수질 오염을 방지하고 있다.

11. 섭취

인은 다양한 식품에 함유되어 있으며, 특히 단백질이 풍부한 식품에 많이 들어있다. 예를 들어, 우유, 고기, 콩 등에 인이 많이 함유되어 있다. 일반적으로 식단에 단백질과 칼슘이 충분하다면 인의 섭취량도 충분할 가능성이 높다.^[123]

식품에 존재하는 인의 형태에는 무기 인과 유기 인이 있다. 무기 인은 인산 형태로 우유에 많이 포함되어 있으며, 가공식품에 산도조절제로 첨가되기도 한다. 유기 인은 단백질, 당, 지질과 인산이 결합된 형태로, 고기에는 키나아제에 의해 인산화된 단백질이나 포스파티딜콜린과 같은 인지질 형태로 존재한다. 곡류나 콩류에는 피틴산과 같이 당과 결합된 형태로 존재하는 경우가 많다.^[141]

한국인의 인 섭취 기준은 다음과 같다.^[142]

인의 식사 섭취 기준(2015년)
연령	남성(권장 섭취량)	여성(권장 섭취량)
18세 이상	1000 mg	800 mg

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