[1]
1. 개요
Halogens원소 주기율표상의 17족 원소로 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 아스타틴(At)[2], 테네신(Ts)[3] 원소들로 구성되어 있다.(각각 9, 17, 35, 53, 85, 117) 그리고 이들 중 실온에서 브로민만 유일하게 액체 상태이고, 아이오딘은 고체 상태이며, 플루오린과 염소는 기체 상태다.
몇몇 대체 주기율표에서는 수소(H)도 들어가기도 하나 극소수 경우이다.
2. 이름
한국어 표준어로는 할로겐이지만 영어 발음의 영향을 받은 대한화학회 정식 표기는 '할로젠'이다.[4] 독일어로 염(halo)을 만든다(gen)는 뜻이기 때문에 조염(造鹽)원소라고도 한다. 중국에서는 鹵素/卤素(간체자)라고 부른다.이 17족 원소의 전용 접미사는 -ine. 과거에는 이 -ine를 생략하여 명명[5]하기도 하였으나, 1998년 화학용어 개정안에서 붙이는 쪽으로 용어가 개정되었다. 다만, 아스타틴은 개정 전에도 Astat(독일어)가 아닌 Astatine(영어)이었다.
3. 화학적 성질
안정한 동위원소를 가진 모든 할로젠 원소들은 비금속 원소들이며 모든 원소들 중에서도 반응성이 가장 큰 원소들에 속한다. 대개 원자 2개가 한 분자를 이루는 이원자 분자상태로 존재한다. 전자를 얻어 -1가의 음이온이 되기 쉬우며[6] +1가의 수소 및 알칼리 금속류 이온과 쉽게 결합한다. (예 - 수소 + 염소 = 염산, 나트륨 + 염소 = 염화나트륨 = 소금) 가벼운 할로젠일수록 이원자 분자 내에서 강한 원자간의 결합으로 인해 분자간 결합력이 약해지기 때문에 녹는점과 끓는점이 낮아진다.단, 아스타틴과 테네신은 준금속 또는 전이후 금속일 것으로 추측되고 있다. 무거운 원소일수록 금속성이 강해지기 때문이다. (멀리 가지 않아도 아이오딘부터 약간의 금속성 광택과 함께 결정 단면에서의 전기 전도성을 가진다.) 그러나 이 원소들은 강한 방사성으로 인해 확인이 어렵기 때문에 위의 원소들과 함께 비금속으로 취급되는 경우가 흔하다. 또한 아스타틴과 테네신은 이원자 분자를 만들지 않고 금속 결합을 할 것으로 예상된다.
이외에도 할로젠 원소들은 거의 모든 금속과 결합하여 염을 만든다. (이름의 유래 자체가 염을 만든다는 뜻이다.) 이 때문에 할로젠 원소를 싸잡아서 화학식을 짤 때는 이 자리를 X로 표기하는 불문율이 있다. 단 할로젠 원소들은 알칼리 금속과는 반대로 주기가 작을수록(플루오린으로 갈수록) 반응성이 크다. 당연히 독성도 장난이 아니다. (중화된 상태의 할로겐화 이온은 제외. 단, 플루오린화 이온은 여기서도 예외이다.) 또한 주기가 클수록 색이 짙어지는 경향[7]이 있고 할로젠화 수소산의 산도 또한 주기가 커질수록 높아진다. 즉, 할로젠화수소는
HF < HCl < HBr < HI 의 순서로 강산이다.
HF는
수소 결합 때문에 분자간의 인력이 강하여 약산이고[8], 나머지는 모두 강산이다. 강산의 대표주자인
염산(HCl)이 서열 3위다. HBr과 HI는
초강산(Superacid)으로 분류된다. HAt 또한 과학자들에 의해 합성되었지만, 아스타틴이 불안정하므로 이에 대한 연구는 제한적이다. 테네신화 수소(HTs)도 이론적으로는 가능할 것으로 예측된다.4. 이용
할로젠 원소들은 소독제나 표백제로 많이 쓰이며, 전구 내부에 삽입하여 필라멘트의 증발을 억제하는 데에도 쓰인다. ( 형광등과 LED 제외. 형광등은 아르곤+ 수은이 쓰이고 LED는 기체를 채울 곳이 없는 그냥 통짜 플라스틱과 반도체이다.) 지금은 쓰임새가 많이 줄었지만 필름에도 쓴다. 브로마이드가 여기서 온 것. (인화지의 감광제가 브롬화 은이다. 색이 안 바랜다.)생물학적으로 인간의 신체 내에서는 할로젠 원소 중에서 염소가 가장 다양한 역할(위산, 신경계, 효소 등)을 맡으며, 아이오딘도 갑상샘 호르몬의 구성물질로서 마찬가지로 중요한 역할을 맡고 있다. 브로민의 경우 비교적 최근 콜라겐의 합성 과정에서 필수적인 역할(해당 역할은 염소 역시 수행은 가능하나 브로민이 효율 면에서 훨씬 좋다.)을 한다는 게 밝혀졌다. 플루오린의 경우 신체 내에서 거의 역할이 전무하지만 칼슘, 인산과 Flourapatite라는 화합물을 이루어 치아의 에나멜층을 강화시키는 기능이 있다. 자연적으로는 거의 생성되지 않으며 인위적으로 불소치약 같은 걸 써서 치아가 꾸준히 플루오린 이온에 노출되어야 한다. 아스타틴의 경우 생물학적 역할이 없고 방사능으로 인해 해로우나, 체내로 들어오면 아이오딘으로 인식되어 갑상선에 주로 쌓이고 폐에도 일부 축적된다. 그러나 방사선 치료에 이용하려는 연구가 있다.
일상생활에서는 충치를 예방하는 치약에 플루오린이, 소독제에는 염소, 멀티탭 등에 사용되는 난연성 플라스틱에는 브로민, 상처 소독약에는 아이오딘이 쓰인다.
5. 관련 문서
[1]
미국의 작가 '시어도어 그레이'가 쓴 '세상의 모든 원소 118'이라는 서적에 첨부되어 있는 사진으로, 이 책이 쓰여진 2009년을 기준으로 만들어진 사진이라 117번 원소의 이름이 임시 이름이었던 우눈셉튬(Uus)이라고 적혀 있는 것을 확인할 수 있다. 이 원소는 2016년에 테네신(Ts)으로 이름이 확정되었다.
[2]
준금속으로 추정된다.
[3]
테네신은 할로젠인 동시에 전이후 금속의 성질도 가질 것으로 추정되는 중이다.
[4]
영어 발음은 핼러진(ˈhælɵdʒɨn)이다.
[5]
Fluor(플루오르), Chlor(클로르), Brom(브롬), Iod(Jod){아이오드(요오드)}.
[6]
단 아이오딘의 경우는 +7가 산화상태가 되는 경우도 가끔 있다. IF7이 대표적.
[7]
플루오린 - 담황색 기체, 염소 - 녹황색 기체, 브로민 - 적갈색 액체, 아이오딘 - 흑자색 고체.
아스타틴의 경우는 검은색(같은 족의 추세를 따를 경우) 또는 은백색(다른 족들과 비슷한 추세를 따를 경우)의 금속성 고체로 추측되나
반감기가 수 시간 정도로 짧아 현대의 기술로는 원자 단위에서만 물리적 및 화학적 성질 연구가 가능하며, 테네신은 고체 금속으로 추정되나 반감기가 밀리초 단위이므로 실험마저 불가능하다.
[8]
어디까지나 산으로서 약하다는 거지, 실제로는 굉장히 위험한 물질인데, 위에서 말했듯이 F- 이온은 불안정해 다른 물질을 공격하는 위력이 강하다. 자세한 것은 해당 문서 참고.