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플루오린화물

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목차

1. 개요

플루오린화물은 플루오린과 다른 원소의 화합물을 총칭하며, 이온성 플루오린화물과 플루오린화물이 해리되지 않는 화합물을 모두 포함한다. 자연계에 널리 분포하며, 대부분은 형석(CaF₂)과 같은 광물 형태로 존재한다. 플루오린화물은 물, 식물, 그리고 다양한 화학 반응과 생화학 과정에서 발견된다. 유기 불소 화학, 금속 및 화합물 생산, 충치 예방, 실험실 시약 등 다양한 분야에서 활용되며, 치약과 불소수지, 냉매, 절연성 기체 등으로 사용된다. 과다 섭취 시 안전성에 유의해야 하며, 수돗물 불소화, 치약 등을 통해 섭취할 수 있다.

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플루오린화물 - [화학 물질]에 관한 문서

2. 명명법

플루오린화물은 이온성 플루오린화물을 포함하는 화합물과 플루오린화물이 해리되지 않는 화합물을 모두 포함한다. 명명법은 이러한 상황을 구분하지 않는다. 예를 들어, 육불화황과 사불화탄소는 일반적인 조건에서는 플루오린화물 이온의 공급원이 아니다.

체계적인 명칭인 "플루오린화물"은 유효한 IUPAC 명칭이며, 첨가 명명법에 따라 결정된다. 그러나 "플루오린화물"이라는 명칭은 결합의 성질을 고려하지 않는 조성 IUPAC 명명법에서도 사용된다.

"플루오린화물"은 용해 시 플루오린화물을 방출하는 화합물을 비체계적으로 설명하는 데에도 사용된다. 불화수소는 그 자체로 이러한 성격의 비체계적인 명칭의 예이다. 그러나 그것은 또한 일반명이며, "플루오란"의 IUPAC 권장 명칭이기도 하다.

3. 자연에서의 존재

형석 결정


플루오린은 지각에서 13번째로 풍부한 원소로 추정되며, 자연계에 널리 분포되어 있고, 모두 플루오르화물의 형태로 존재한다. 대부분은 광물 매장지에 존재하며, 그중 가장 상업적으로 중요한 것은 형석(CaF2)이다.[30] 일부 암석의 자연 풍화 작용[4][5]과 인간 활동은 플루오린 순환이라고 불리는 과정을 통해 플루오르화물을 생물권으로 방출한다.

3. 1. 물에서의 존재

플루오린화물은 지하수, 담수, 염수, 강수에 자연적으로 존재한다.[6] 해수의 플루오린화물 농도는 평균 1.1mg/L이다.[7] 이는 알칼리 토금속 플루오린화물의 낮은 용해도를 반영한다.

담수에서의 농도는 지역에 따라 다르다. 강이나 호수와 같은 표면수는 일반적으로 0.01mg/L~0.3mg/L을 함유하고 있다.[8] 지하수의 농도는 플루오린화물 함유 광물의 존재 여부에 따라 더 다양하다. 예를 들어, 캐나다 일부 지역에서는 0.05mg/L 미만의 농도가 검출되었지만, 중국 일부 지역에서는 최대 8mg/L에 달한다.[9]

아시아 일부 지역에서는 지하수에 높은 농도의 플루오린화물이 포함되어 있어 건강 문제를 야기한다.[10] 전 세계적으로 5000만 명이 자연적으로 "최적 수준"에 가까운 플루오린화물을 함유한 수돗물을 사용하고 있다.[11] 다른 지역에서는 플루오린화물 수준이 매우 낮아, 때때로 약 0.7~1.2 ppm 수준으로 높이기 위해 불소화 처리를 한다. 광업은 지역 플루오린화물 수준을 높일 수 있다.[12]

플루오린화물은 비에도 존재할 수 있으며, 화산 활동[13], 화석 연료 연소나 기타 산업[14][15], 특히 알루미늄 제련소[16]에 노출되면 농도가 증가한다.

3. 2. 식물에서의 존재

모든 식물은 토양과 물에서 흡수한 플루오린을 어느 정도 함유하고 있다.[9] 어떤 식물은 다른 식물보다 환경에서 플루오린을 더 많이 농축한다. 모든 차 잎에는 플루오린이 들어 있지만, 성숙한 잎은 같은 식물의 어린 잎보다 플루오린 함량이 10배에서 20배나 많다.[17][18][19] 차나무( ''Camellia sinensis'' L.)는 플루오린 화합물을 축적하는 것으로 알려져 있으며, 차와 같은 음료를 만들 때 플루오린 화합물이 방출된다.

4. 화학적 특성

플루오린화물은 염기의 역할을 하여 양성자(H+)와 결합하여 플루오르화 수소(HF)를 생성할 수 있다.

:F− + H+ → HF

이 반응은 플루오린화물의 짝산인 플루오르화 수소(HF)를 생성하는 중화 반응이다.

수용액에서 플루오린화물은 약염기(pKb = 10.8)이다. 따라서 상당량의 플루오르화 수소를 생성하기보다는 플루오린화물 이온으로 남는 경향이 강하다. 즉, 물에서 다음 평형은 왼쪽으로 치우쳐 있다.

:F− + H2O ⇄ HF + HO−

그러나 가용성 플루오린화물 염은 장시간 물과 접촉하면 플루오르화 수소가 빠져나가면서 각각의 수산화물 또는 산화물로 분해된다. 이러한 점에서 플루오린화물은 다른 할로젠화물과 구별된다. 용매에 따라 평형이 오른쪽으로 이동하여 분해 속도가 크게 증가할 수 있다.

플루오린화물 염은 표준 산과 반응하여 플루오르화 수소와 금속 염으로 변환된다.[20] 강산과 반응하면 이중 양성자화되어 플루오로늄(H2F+)을 생성한다. 플루오린화물의 산화는 플루오린을 생성한다.

무기 플루오린화물 수용액은 F−와 이불화수소이온(HF2-)을 포함한다.[20] 많은 무기 플루오린화물은 가수분해 없이 물에 잘 녹는다. 플루오린화물은 염화물 및 다른 할로젠화물과 반응성이 다르며, 반지름/전하 비율이 작아 양성자성 용매에서 더 강하게 용매화된다. 수산화물은 플루오린화물과 가장 유사한 화학적 동족체이며, 둘 다 비슷한 기하학적 구조를 가진다.

대부분의 플루오린화물 염은 용해되어 이불화수소이온(HF2-)을 생성한다. 비양성자성 용매에서 비용매화된 플루오린화물은 "벌거벗은" 플루오린화물이라고 불리며, 강한 루이스 염기이자 친핵체이다.[21]

4. 1. 플루오린화물 염의 구조

플루오린화물 염은 매우 다양하며 수많은 구조를 가진다. 일반적으로 플루오린화물 음이온은 다른 할로젠화물처럼 4개 또는 6개의 양이온으로 둘러싸여 있다. 플루오린화나트륨과 염화나트륨은 같은 구조를 가진다. 양이온 당 플루오린화물이 하나 이상인 화합물의 경우, 주요 플루오린화물 광물인 형석(CaF2)에서 볼 수 있듯이, Ca2+ 이온이 8개의 F− 중심으로 둘러싸여 있기 때문에 염화물의 구조와 종종 다르다. CaCl2에서는 각 Ca2+ 이온이 6개의 Cl− 중심으로 둘러싸여 있다. 전이 금속의 이플루오린화물은 종종 루틸 구조를 채택하는 반면, 이염화물은 염화카드뮴 구조를 갖는다.[30]

4. 2. 무기 화학 반응

표준 산과 반응하면, 플루오린화물 염은 플루오르화수소와 금속 염으로 변환된다.[20] 강산과 반응하면 이중 양성자화되어 플루오로늄 이온(H2F+)을 생성한다. 플루오린화물의 산화는 플루오린을 생성한다. 물에 대한 무기 플루오린화물의 용액은 F−와 이불화수소 이온(HF2-)을 포함한다. 많은 무기 플루오린화물은 상당한 가수분해 없이 물에 녹는다. 반응성 측면에서 플루오린화물은 염화물 및 다른 할로젠화물과 상당히 다르며, 더 작은 반지름/전하 비율 때문에 양성자성 용매에서 더 강하게 용매화된다. 가장 가까운 화학적 동족체는 수산화물이며, 둘 다 유사한 기하학적 구조를 가지고 있다.

4. 3. "벌거벗은" 플루오린화물

대부분의 플루오린화물 염은 용해되어 이불화수소 이온(HF₂⁻)을 생성한다.[20] 비양성자성 용매에 존재하는 비용매화된 플루오린화물은 "벌거벗은" 플루오린화물이라고 불리며, 강한 루이스 염기[21]이자 친핵체이다. "벌거벗은" 플루오린화물의 예로는 테트라메틸암모늄 불화물, 테트라부틸암모늄 불화물,[22] 코발토세늄 플루오린화물[23] 등이 있다. 그러나 이들은 모두 비양성자성 용매에서 구조적 특성 분석이 부족하다. 높은 염기성 때문에, 소위 "벌거벗은" 플루오린화물 공급원이라고 하는 많은 것들이 실제로는 이불화수소염이다. 2016년에 이미다졸륨 플루오린화물이 합성되어 "벌거벗은" 플루오린화물 공급원에 가장 근접한 것으로 여겨진다.[24]

플루오린화물 이온은 어떤 결정에서는 이온 반지름 119 pm의 단독 입자로 존재하기도 하지만, 용액이나 화합물에 따라서는 결정 중에서도 수화된 F(OH₂)4-로 존재하는 경우가 많다.[72]

Me₄N+F-[73]나 Cp₂CoF[74] 등 몇몇 무수물[75]이 알려져 있다. 이러한 무수물의 플루오린화물 이온의 비수용액 중에서의 거동은 "벌거벗은 플루오린화물 이온"(Naked fluoride ions)으로 알려져 있으며, CsF의 경우와 비교해도 높은 친핵성을 나타낸다. 그 성질을 이용하여 XeF₅-, BrF₆-, PF₄- 등의 유기 또는 무기 플루오린화물이 합성되고 있다.[76]

플루오린화물 이온은 규소와의 친화성이 높기 때문에, 실릴기의 탈보호에 사용된다.

5. 생화학

생리적 pH에서 불화수소는 일반적으로 완전히 이온화되어 플루오린화물이 된다. 생화학에서는 플루오린화물과 불화수소가 동등하게 취급된다. 플루오린화물 형태의 불소는 인체 건강에 필요한 미량 영양소로 간주되며, 충치 예방과 건강한 뼈 성장에 필수적이다.[27] 차나무(''Camellia sinensis'' L.)는 불소 화합물을 축적하는 것으로 알려져 있으며, 차와 같은 음료를 만들 때 불소 화합물이 방출된다. 불소 화합물은 플루오린화물 이온을 포함한 생성물로 분해된다. 플루오린화물은 불소의 생체 이용률이 가장 높은 형태이므로 차는 플루오린화물 섭취의 매개체가 될 수 있다.[28] 흡수된 플루오린화물의 약 50%는 24시간 이내에 신장을 통해 배설된다. 나머지는 구강 및 하부 소화관에 남아있을 수 있다. 공복 상태에서는 음식과 함께 섭취할 때 60~80%인 플루오린화물 흡수율이 거의 100%로 증가한다.[28] 2013년 연구에 따르면 하루 1리터의 차 섭취는 1일 권장 섭취량인 4mg을 충족할 수 있으며, 일부 저품질 브랜드는 이 양의 최대 120%를 제공할 수 있다. 공복 시에는 이 양이 150%까지 증가할 수 있다. 이 연구는 수돗물 불소화가 시행되는 경우 차를 많이 마시는 지역 사회가 치아 및 골격 불소증 위험이 증가한다는 것을 시사한다.[28] 구강 내 저농도의 플루오린화물 이온은 충치를 감소시킨다.[29] 이러한 이유로 치약과 수돗물 불소화에 사용된다. 훨씬 고농도로 자주 노출되면 플루오린화물은 건강 문제를 일으키고 독성을 나타낼 수 있다.

플루오린화물의 일일 섭취량은 노출 경로에 따라 크게 달라질 수 있다. 여러 연구에서 0.46~3.6~5.4 mg/일의 범위가 보고되었다.[27] 불소화가 적용된 지역에서는 이것이 상당한 불소 섭취원이 될 수 있지만, 불소는 다양한 농도로 사실상 모든 식품과 음료에 자연적으로 존재한다.[48] 성인의 경우 불소의 최대 안전 일일 섭취량은 미국 기준 10 mg/일 또는 유럽 연합 기준 7 mg/일이다.[44][46]

모든 공급원(불소화된 물, 식품, 음료, 불소 치약 및 불소 영양제)에서의 불소 섭취 상한선은 생후 8세까지의 영유아 및 어린이의 경우 0.10 mg/kg/일로 설정된다. 더 이상 치아 불소증 위험이 없는 고령의 어린이와 성인의 경우, 체중에 관계없이 불소의 상한선은 10 mg/일로 설정된다.[49]

불소 함량 예시
식품/음료불소
(mg/1000g/ppm)		섭취량불소
(섭취량당 mg)
홍차 (우려낸)3.731컵, 240g0.884
건포도, 씨없는2.34소형 상자, 43g0.101
테이블 와인1.53병, 750ml1.150
수돗물,
(불소화)		0.81권장 일일 섭취량,
3L		2.433
구운 감자, 러셋0.45중간 크기 감자, 140g0.078
양고기0.32양갈비, 170g0.054
당근0.03큰 당근 1개, 72g0.002
출처: 미국 농무부 데이터 참조, [https://fdc.nal.usda.gov/fdc-app.html#/?component=0 국립 영양 데이터베이스][50]


6. 응용

불화물 염과 불화수소산은 산업적으로 중요한 주요 불화물이다. 플루오린화물은 알루미늄 제련에 사용되는 빙정석 생산, 형석은 제강에서 슬래그(Slag) 분리에 사용, 육불화우라늄은 우라늄 동위원소 정제, 불화나트륨이나 불화인산나트륨과 같은 불소 함유 화합물은 충치 예방, 플루오린화물 염은 생물학적 분석 과정에서 인산가수분해효소 억제 등에 사용된다.

6. 1. 유기 불소 화학

유기불소 화합물은 널리 사용된다. 많은 의약품, 고분자, 냉매, 그리고 많은 무기 화합물이 불소를 포함하는 시약으로 만들어진다. 종종 불소화물은 주요 시약이자 다른 시약의 전구체인 불화수소로 전환된다.[30]

일반적인 고분자는 주로 탄소와 수소로 구성되어 있지만, 수소를 불소로 치환하면 전혀 성질이 다른 고분자를 얻을 수 있다. 대표적인 불소화 고분자인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테프론)은 발수성, 내약품성, 내열성 등에 뛰어난 재료로 폭넓게 사용되고 있다. 가정에서는 프라이팬 표면의 코팅에 사용된다. 또한, 불소화 고분자는 근적외선 영역의 투과율이 높기 때문에 광섬유의 재료로도 이용되고 있다.

플루오린 화합물의 일종인 프레온(상품명 프레온)은 냉매로 널리 사용되었다. 그러나 염소 원자를 포함하는 일부 프레온은 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀졌기 때문에, 염소 원자를 포함하지 않는 대체 프레온이나 프레온 이외의 냉매가 사용되게 되었다.

6. 2. 금속 및 화합물 생산

플루오린화물의 주요 용도는 알루미늄 제련에 사용되는 빙정석(Na3AlF6) 생산이다. 과거에는 광산에서 채굴되었지만, 현재는 불화수소에서 추출한다. 형석은 제강에서 슬래그(Slag)를 분리하는 데 대규모로 사용된다. 채굴된 형석(CaF2)은 제강에 사용되는 상품 화학 물질이다. 육불화우라늄은 우라늄 동위원소의 정제에 사용된다.[30]

플루오린(불소)에는 안정 동위원소가 19F밖에 존재하지 않기 때문에, 플루오린화물은 우라늄-235와 우라늄-238의 혼합물에서 핵물질로 유용한 우라늄-235를 분리·농축할 때 사용된다. 맨해튼 계획에서는 원자폭탄 제조를 위해 더욱 효율적인 플루오린(불소) 제조법 발견 및 확립에 힘이 쏟아졌다.[78][79]

6. 3. 충치 예방

불화나트륨이나 불화인산나트륨과 같은 불소 함유 화합물은 충치(치아우식증) 예방을 위한 국소 및 전신 불소 치료에 사용된다. 이들은 상수 불소화와 구강 위생과 관련된 많은 제품에 사용된다.[31] 원래는 불화나트륨이 상수의 불소화에 사용되었지만, 헥사플루오로규산(H2SiF6)과 그 염인 불화규산나트륨(Na2SiF6)이 특히 미국에서 더 일반적으로 사용되는 첨가제이다. 상수 불소화는 충치 예방 효과가 있는 것으로 알려져 있으며,[32][33] 미국 (Centers for Disease Control and Prevention)는 이를 "20세기 10대 공중 보건 성과 중 하나"로 간주한다.[34][35] 대규모 중앙 집중식 상수도 시스템이 드문 일부 국가에서는 식탁용 소금에 불소를 첨가하여 주민들에게 불소를 공급한다. 충치 예방을 위한 작용 메커니즘에 대해서는 불소 치료를 참조한다. 상수 불소화는 비판적인 시각도 존재한다 (상수 불소화 논쟁 참조).[36] 불소 함유 치약이 일반적으로 사용된다. 메타 분석은 치약에 함유된 500ppm 불소의 효능을 보여준다.[37][38] 그러나 일일 구강 관리를 위해 하나 이상의 불소 공급원을 사용하는 경우 유익한 효과는 감지할 수 없다.[39]

치약에 함유되어 있으며, 선진국에서는 대략 90% 이상의 보급률을 나타낸다.

불화나트륨 등이 불소도포에 사용된다.

6. 4. 실험실 시약

플루오린화물 염은 생물학적 분석 과정에서 인산가수분해효소, 예를 들어 세린/트레오닌 인산가수분해효소의 활성을 억제하는 데 일반적으로 사용된다.[40] 플루오린화물은 이러한 효소의 활성 부위에서 친핵성 수산화물 이온을 모방한다.[41] 베릴륨 불화물과 알루미늄 불화물 또한 인산가수분해효소 억제제로 사용되는데, 이러한 화합물은 인산기의 구조적 모방체이며 반응의 전이 상태의 유사체 역할을 할 수 있기 때문이다.[42][43]

7. 식품 섭취 권장량

미국 의학협회(IOM)는 1997년에 플루오린화물을 포함한 일부 무기물에 대한 섭취 기준을 업데이트했다.[44] 충분한 정보가 없을 때는 적절 섭취량(AI)을 사용했는데, 이는 실제 섭취량과 필요량을 바탕으로 추정한 값이다. 19세 이상 여성의 AI는 하루 3.0mg(임신, 수유 포함), 남성은 하루 4.0mg이다. 1~18세 어린이는 하루 0.7mg에서 3.0mg으로 나이에 따라 증가한다. 플루오린화물 결핍의 주요 위험은 충치 발생 가능성이 커지는 것이다. IOM은 플루오린화물의 상한 섭취량(UL)을 하루 10mg으로 설정했다.[44] EAR, RDA, AI, UL을 통틀어 식품 참고 섭취량(DRI)이라고 한다.[44]

유럽식품안전청(EFSA)은 비슷한 정보를 식품 참고 값으로 부르며, 용어에 약간 차이가 있다. 18세 이상 여성의 AI는 하루 2.9mg(임신, 수유 포함), 남성은 하루 3.4mg이다. 1~17세 어린이는 나이에 따라 하루 0.6mg에서 3.2mg으로 증가한다. 이는 미국의 AI와 유사하다.[45] EFSA는 성인의 UL을 하루 7.0mg으로 설정했고, 어린이는 더 낮게 설정했다.[46]

미국에서는 식품 라벨에 플루오린화물 함량을 표시할 의무가 없다.[47] 플루오린화물의 일일 섭취량은 노출 경로에 따라 0.46~5.4mg/일로 다양하다.[27] 상수도 불소화가 시행되는 지역에서는 물이 주요 섭취원이 될 수 있지만, 플루오린화물은 다양한 식품과 음료에 자연적으로 존재한다.[48] 성인의 최대 안전 섭취량은 미국 기준 하루 10mg, 유럽 기준 하루 7mg이다.[44][46]

생후 8세까지의 영유아 및 어린이는 모든 섭취원(물, 음식, 치약, 영양제 등)을 합쳐 하루 0.10mg/kg을 초과하지 않도록 한다. 이 연령 이후에는 체중과 관계없이 하루 10mg을 넘지 않아야 한다.[49]

식품별 플루오린화물 함량 예시[50]
식품/음료플루오린화물
(mg/1000g/ppm)		섭취량플루오린화물
(섭취량당 mg)
홍차 (우려낸)3.731컵, 240g0.884
건포도, 씨없는2.34소형 상자, 43g0.101
테이블 와인1.53병, 750ml1.150
수돗물,
(불소화)		0.81권장 일일 섭취량,
3L		2.433
구운 감자, 러셋0.45중간 크기 감자, 140g0.078
양고기0.32양갈비, 170g0.054
당근0.03큰 당근 1개, 72g0.002


8. 일일 섭취량 추정

플루오린화물의 일일 섭취량은 노출 경로에 따라 크게 달라질 수 있다.[27] 여러 연구에서 0.46~3.6~5.4 mg/일의 범위가 보고되었다.[27] 수돗물 불소화가 적용된 지역에서는 수돗물이 상당한 불소 섭취원이 될 수 있지만, 불소는 다양한 농도로 사실상 모든 식품과 음료에 자연적으로 존재한다.[48] 성인의 경우 불소의 최대 안전 일일 섭취량은 미국 기준 10mg/일[44] 또는 유럽 연합 기준 7mg/일이다.[46]

모든 공급원(불소화된 물, 식품, 음료, 불소 치약 및 불소 영양제)에서의 불소 섭취 상한선은 생후 8세까지의 영유아 및 어린이의 경우 0.1mg/kg/일로 설정된다. 더 이상 치아 불소증 위험이 없는 고령의 어린이와 성인의 경우, 체중에 관계없이 불소의 상한선은 10mg/일로 설정된다.[49]

불소 함량 예시[50]
식품/음료불소
(mg/1000g/ppm)		섭취량불소
(섭취량당 mg)
홍차 (우려낸)3.731컵, 240g0.884
건포도, 씨없는2.34소형 상자, 43g0.101
테이블 와인1.53병, 750ml1.150
수돗물,
(불소화)		0.81권장 일일 섭취량,
3L		2.433
구운 감자, 러셋0.45중간 크기 감자, 140g0.078
양고기0.32양갈비, 170g0.054
당근0.03큰 당근 1개, 72g0.002


9. 안전성

플루오린화물의 수용성 공급원으로는 수돗물 불소화, 해산물, 차, 젤라틴 등이 있다.[52] 불화나트륨은 독성이 있으며, 과다 섭취 시 급성 중독으로 인한 사망 사례가 보고되었다.[30] 성인의 치사량은 5~10g (체중 kg당 32~64mg의 불소 원소)으로 추정된다.[53][54][55] 불화규산나트륨의 쥐에 대한 경구 중간 치사량(LD50)은 125mg/kg이다.[57]

치료에는 수산화칼슘 또는 염화칼슘 경구 투여, 글루콘산칼슘 주사 등이 포함될 수 있다.[58] 플루오린화수소는 불화나트륨과 같은 염보다 더 위험하며, 흡입이나 피부 접촉을 통해 치명적인 노출을 야기할 수 있다.[59]

골다공증 치료에 사용되는 고용량의 불화나트륨은 다리 통증, 스트레스 골절, 위장 장애 등을 유발할 수 있다.[60] 수돗물 불소화에 사용되는 저용량의 경우, 명확한 부작용은 치아 불소증뿐이다.[61] 자연적으로 불소 수치가 높은 지역에서는 치아 및 골격 불소증이 널리 퍼지고 심각해질 수 있다.[63]

9. 1. 지하수 플루오린화물 위험 지도

전 세계 인구의 약 3분의 1이 지하수를 식수로 이용하며, 이 중 약 10% (약 3억 명)는 비소나 플루오린화물에 심각하게 오염된 지하수를 이용한다.[64] 이러한 미량 원소는 주로 광물에서 유래한다.[65] 문제가 될 가능성이 있는 우물의 위치를 나타내는 지도가 있다.[66]

9. 2. 국소 사용 시 안전성

고농도 불소 용액은 부식성이 있다.[67] 불소 화합물을 취급할 때는 니트릴 고무 장갑을 착용한다. 불소염 용액의 위험성은 농도에 따라 달라진다. 강산이 존재하는 경우, 불소염은 유리에 특히 부식성이 강한 플루오르화수소를 방출한다.[30]

10. 기타 유도체


  • 이플루오린화수소(Bifluoride): 유리 부식제로 사용된다.[68]
  • 테트라플루오로베릴레이트(Tetrafluoroberyllate)
  • 헥사플루오로플라티네이트(Hexafluoroplatinate)
  • 테트라플루오로붕산염(Tetrafluoroborate): 유기금속 합성에 사용된다.
  • 헥사플루오로인산염(Hexafluorophosphate): 상용 이차전지의 전해질로 사용된다.
  • 트리플루오로메탄설폰산염(Trifluoromethanesulfonate)

11. 플루오로 착물

플루오린은 리간드 또는 가교 원자가 되기도 한다. 플루오린화물 이온을 리간드로 갖는 형태의 플루오로 착물의 대표적인 예로는 BF₄⁻ 및 SiF₆²⁻ 등이 있다.

또한, 플루오린이 M-F-M 형태의 가교 원자가 되는 경우가 알려져 있다. 다른 가교 할로겐 원자의 결합이 굽어지는 것이 일반적인 반면, M-F-M은 직선형이 되는 것이 특징적이다.[72]

12. 플루오린화물 이온

플루오린화물 이온은 어떤 결정에서는 이온 반지름 119 pm의 단독 입자로 존재하기도 하지만, 용액이나 화합물에 따라서는 결정 중에서도 수화된 F(OH₂)4- 형태로 존재하는 경우가 많다.[72]

Me₄N+F-[73]나 Cp₂CoF[74] 등 몇몇 무수물[75]이 알려져 있다. 이러한 무수물의 플루오린화물 이온이 비수용액 중에서 어떻게 행동하는지는 "벌거벗은 플루오린화물 이온"(Naked fluoride ions)으로 알려져 있으며, CsF의 경우와 비교해도 높은 친핵성을 나타낸다. 이러한 성질을 이용하여 XeF₅-, BrF₆-, PF₄- 등의 유기 또는 무기 플루오린화물이 합성되고 있다.[76]

플루오린화물 이온은 규소와 친화성이 높기 때문에, 실릴기의 탈보호에 사용된다.

13. 성질

비금속 원소와 결합한 플루오린화물은 대부분 단분자이며 분자간 힘이 약해 휘발성이 높다. 금속 원소의 플루오린화물은 일반적으로 저융점의 이온 결정을 이룬다. 알칼리 금속, 은, 주석의 플루오린화물은 물에 잘 녹는 성질을 보인다. 반면, 리튬, 알칼리 토류 금속, 희토류 원소의 플루오린화물은 물에 잘 녹지 않는다.[77] 이는 플루오린화물 이온의 이온 반지름이 작아 물 분자와의 배위 수가 적기 때문이다. 이온 결합성이 강한 경우, 이온의 수화 에너지보다 결정 격자 에너지가 더 커져 물에 잘 녹지 않거나 불용성을 띤다.

플루오르화물 이온은 HSAB 이론에서 매우 단단한 루이스 염기로 간주된다. 높은 산화수를 가진 비금속 원소 및 금속 원소와는 BF₄⁻, SiF₆⁻, TaF₇²⁻ 등과 같은 플루오로 착물을 생성한다.[71] 산화수가 높은 원소의 플루오린화물은 중심 원소에 빈 궤도가 많아 플루오르 원자로부터 전자를 받기 쉬워 공유 결합을 형성하는 경향을 보인다. 예를 들어, UF₄는 이온 결합성이지만 UF₆는 공유 결합성을 띤다.[77]

대부분의 플루오린화물은 매우 안정적이지만, 이온성 플루오린화물은 진한 황산과 가열하면 분해되어 플루오르화수소를 생성한다.[71] 표준 산과 반응하면, 플루오린화물 염은 플루오르화수소와 금속 염으로 변환된다. 강산과 반응하면, 이중 양성자화되어 H₂F⁺을 생성한다. 플루오린화물의 산화는 플루오린 기체를 생성한다. 물에 대한 무기 플루오린화물의 용액에는 F−와 HF₂⁻이 포함된다.[20] 플루오린화물은 염화물 및 다른 할로젠화물과 상당히 다르며, 더 작은 반지름/전하 비율 때문에 양성자성 용매에서 더 강하게 용매화된다. 수산화물은 플루오린화물과 가장 비슷한 화학적 동족체이며, 둘은 유사한 기하학적 구조를 갖는다.

14. 이용

플루오린화물은 다양한 용도로 사용된다.


  • 치약: 치약에 함유되어 있으며, 선진국에서는 대략 90% 이상의 보급률을 나타낸다.
  • 치과 치료: 불화나트륨 등이 불소도포에 사용된다.
  • 불소 수지: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테플론)은 발수성, 내약품성, 내열성 등에 뛰어난 재료로 폭넓게 사용된다. 가정에서는 프라이팬 표면의 코팅에 사용된다. 또한, 불소화 고분자는 근적외선 영역의 투과율이 높기 때문에 광섬유의 재료로도 이용되고 있다.
  • 냉매: 프레온(상품명 프레온)은 냉매로 널리 사용되었다. 그러나 염소 원자를 포함하는 일부 프레온은 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀졌기 때문에, 염소 원자를 포함하지 않는 대체 프레온이나 프레온 이외의 냉매가 사용되게 되었다.
  • 절연성 기체: 육불화황은 절연 성능이 우수하여 주로 용량이 큰 전력 기기에서 사용되는 불화물이다.
  • 우라늄 농축: 플루오린(불소)은 안정 동위원소가 19F밖에 존재하지 않는다는 점 때문에[78], 플루오린화물은 우라늄-235와 우라늄-238의 혼합물에서 핵물질로 유용한 우라늄-235를 분리·농축할 때 사용된다. 플루오린화물의 분자량 차이는 결합하고 있는 금속 이온의 질량 차이에만 영향을 받기 때문이다. 염소나 브로민 등은 안정 동위원소가 상당량 존재하므로 이러한 분리·농축은 불가능하다. 맨해튼 계획에서는 원자폭탄 제조를 위해 더욱 효율적인 플루오린(불소) 제조법의 발견·확립에 힘이 쏟아졌다.[79]

14. 1. 치약

치약에 함유되어 있으며, 선진국에서는 대략 90% 이상의 보급률을 나타낸다.

14. 2. 치과 치료

불화나트륨 등이 불소도포에 사용된다.

14. 3. 불소 수지

폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테플론)은 발수성, 내약품성, 내열성 등에 뛰어난 재료로 폭넓게 사용된다. 가정에서는 프라이팬 표면의 코팅에 사용된다. 또한, 불소화 고분자는 근적외선 영역의 투과율이 높기 때문에 광섬유의 재료로도 이용되고 있다.

14. 4. 냉매

프레온(상품명 프레온)은 냉매로 널리 사용되었다. 그러나 염소 원자를 포함하는 일부 프레온은 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀졌기 때문에, 염소 원자를 포함하지 않는 대체 프레온이나 프레온 이외의 냉매가 사용되게 되었다.

14. 5. 절연성 기체

육불화황은 절연 성능이 우수하여 주로 용량이 큰 전력 기기에서 사용되는 불화물이다.

14. 6. 우라늄-235와 우라늄-238의 분리·농축

플루오린(불소)은 안정 동위원소가 19F밖에 존재하지 않는다는 점 때문에[78], 플루오린화물은 우라늄-235와 우라늄-238의 혼합물에서 핵물질로 유용한 우라늄-235를 분리·농축할 때 사용된다. 플루오린화물의 분자량 차이는 결합하고 있는 금속 이온의 질량 차이에만 영향을 받기 때문이다. 염소나 브로민 등은 안정 동위원소가 상당량 존재하므로 이러한 분리·농축은 불가능하다. 맨해튼 계획에서는 원자폭탄 제조를 위해 더욱 효율적인 플루오린(불소) 제조법의 발견·확립에 힘이 쏟아졌다.[79]

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