16. 황 S
Sulfur (Sulphur)
| 라틴어의 Sulpur (황) 에서 유래. 그 근원은 중앙 아시아의 토카라 (Tokhara) 어인 salp (태우다) 일 것이라고 한다. |
지구 상에 유리 상태의 자연황 또는 황화물로 널리 그리고 대량으로 전재하며 클라크수 0.052 (제 15 위)로서 특히 자연황은 화산지방에 많다. 즉 황은 지구 상의 여러 장소에 존재하므로 옛날부터 알려진 원소이다.
"지옥의 불"이란 이름으로 성경에 자주 언급되고 있다. 황은 불붙기 쉬우므로 히브리 사람들은 이것을 고통과 괴로움과 연관시켜 생각하기도 했다. 이제 인류의 문화가 발달하고 산업이 발전됨에 따라 공업시대에 들어와서 황은 이미 지옥의 의미를 상실하고 공업에 널리 사용하기 위해 대량으로 채굴되고 있다.
황이 원소 상태로 퇴적되어 있는 곳이 있는데 이것은 박테리아에 의해서 살아 있는 생체로부터 황화물의 환원에 의해서 생성되는 지하 퇴적물이다.
이러한 퇴적물로부터 황을 얻는데 다음과 같이 한다.
과열된 증기를 땅 속으로 보내면 황이 녹아서 대기 압력에 의해서 지표로 나오게 되어 이러한 방법으로 99.5 %의 순도를 갖는 순수한 황을 얻을 수 있다.
이 방법을 플래시 (Flasch)과정이라고 한다. 황화물 중에서 황화수소의 달걀 썩은 냄새는 지구 상에서 가장 특이한 냄새 중의 하나로서 이 기체는 매우 유독하다.
황화수소는 은제품을 변색시키는데 대기 중에 황화수소가 조금만 있어도 은 표면에 검은색 황화 은(Ag2S)이 생긴다. 그 밖에 이산화화응ㄴ 대기 오염의 원인이 되고 있다. 석탄과 석유에 섞여 있는 황화물의 연소에 의해서 생기는 이산화황은 1 ppm (백만분의 1 part per million)의 적은 양으로도 식물을 손상시킬 수 있다. 황산은 오랫동안 여러 방면에 널리 쓰인 기름과 같은 액체로서 그 제조법은 13 세기에 벌써 기록되어 있다. 그 때는 이 화합물을 "황산염의 기름" 이라 불렀다. 오늘 날에는 매우 중요한 공업 시약으로서 황산의 생산수준이 그 나라의 공업 수준을 말해주고 있다.
특히 황은 고무의 성질을 개량하는데 필수적인 물질인데 가황이라는 방법으로 생고무에 황 (6%)을 가하면 고무의 탄성, 내구성 등 그 성질이 매우 좋아지며 특히 황을 30 % 가한 것은 에보나이트라 해서 전기재료에 많이 쓰인다.
탄소나 질소에서는 순환과정이라는 표현이 항상 들어서 어색하지 않으나 황순환과정이라는 복잡한 연쇄반응이 있다는 것을 기억해 두기 바란다. 황은 식물과 동물의 유기황화물로부터 황 원소와 황산염 화합물을 통하여 순환되고 다시 식물과 동물로 되돌아가는 동안 여러 가지 다른 산화상태를 거치게 된다. 이러한 황 순환과정은 물과 흙 속의 박테리아에 의해 이루어진다. 실로 오묘한 자연의 이치라 하겠다.
황 (Sulfur, 硫)
영어 Sulfur 또는 Sulphur는 라틴어 sulpur에서 유래했으며, 그 기원은 중앙 아시아의 토카라(Tokhara) 어 salp (태우다)일 것으로 추정된다.
황은 지구상에 유리 상태로 존재하는 자연황(natural sulfur) 혹은 황화물(sulfide) 형태로 널리 분포하며, **클라크수 0.052(제15위)**로 풍부한 원소다. 특히 자연황은 화산지대에서 많이 산출된다. 황은 고대부터 알려진 원소이며, 성경에서는 "지옥의 불"이라는 이름으로 자주 언급된다. 히브리인들은 황이 잘 타는 특성 때문에 그것을 고통과 괴로움의 상징으로 여겼다.
그러나 인류 문명이 발전하고 산업사회로 진입하면서 황은 "지옥"의 상징에서 벗어나 공업적으로 유용한 원소로 재조명되었으며, 오늘날 대량으로 채굴된다.
황의 생물학적·지질학적 생성
황은 지하 퇴적물 형태로 원소 상태로 존재할 수 있다. 이러한 퇴적 황은 박테리아가 살아 있는 생체로부터 황화물을 환원하여 생성한 결과다.
이러한 지하 퇴적 황은 플래시(Frasch) 공정을 통해 채취된다.
과열된 수증기를 지하로 주입하면 황이 녹고, 녹은 황이 대기압에 의해 지표로 분출되어 약 99.5%의 순도를 가진 황을 회수할 수 있다.
황화물의 특징과 환경 영향
대표적인 황화물인 **황화수소(Hydrogen sulfide, H₂S)**는 달걀 썩은 냄새로 잘 알려져 있으며, 매우 유독한 기체이다.
- 황화수소는 은(Ag)과 반응하여 **검은색 황화은(Ag₂S)**을 형성하며, 이는 대기 중의 소량의 황화수소만으로도 은제품이 변색되는 원인이다.
- 석탄 및 석유 연소 시 발생하는 **이산화황(SO₂)**은 대표적인 대기 오염 물질이다.
단 1ppm 수준만으로도 식물에 피해를 줄 수 있다.
황산과 공업적 중요성
황은 **황산(Sulfuric acid, H₂SO₄)**의 제조 원료로서, 황산은 오랜 역사를 가진 공업 시약이다.
13세기 문헌에는 "황산염의 기름(oil of vitriol)"이라는 이름으로 기록되어 있으며, 오늘날에도 그 나라의 공업 수준을 나타내는 지표로 황산 생산량이 활용된다.
고무의 개질과 황
황은 고무의 성질을 개량하는 데 핵심적인 역할을 한다.
**가황(Vulcanization)**이라 불리는 공정을 통해, 생고무에 약 6%의 황을 첨가하면 고무의 탄성 및 내구성이 크게 향상된다.
- 황 30%를 첨가하면 **에보나이트(Ebonite)**라 불리는 단단한 고무가 생성되며, 이는 전기 절연체로 널리 사용된다.
황 순환과정
탄소(C)나 질소(N)와 마찬가지로, 황(S)도 자연 순환 과정을 갖는다.
- 식물과 동물의 유기 황화물(Organosulfur compounds) → 황 원소 또는 황산염(Sulfates, SO₄²⁻) → 다시 생물체로 회귀
- 이 과정에서 황은 다양한 **산화 상태(oxidation state)**를 거치며,
- 토양과 물속의 박테리아에 의해 복잡한 **황 순환(Sulfur cycle, 硫循環)**이 이루어진다.
자연계에서 황은 물질대사의 일부로 순환하면서 에너지 흐름과 생물 다양성 유지에 기여하는 매우 중요한 원소이다.
주석: 과학자 정보
허먼 프래시 (Herman Frasch, 1851~1914, 미국)
- 업적: 플래시(Frasch) 공정 개발을 통해 지하에서 고순도 황을 경제적으로 채굴할 수 있는 방법을 제안
- 기타: 프래시 공정은 오늘날까지도 황 채굴의 표준 기술로 사용됨
존 달튼 (John Dalton, 1766~1844, 영국)
- 업적: 원자론 창시자. 황을 포함한 여러 원소의 화합비를 통해 배수비례법칙 도출
로버트 보일 (Robert Boyle, 1627~1691, 영국)
- 업적: 황의 연소 및 반응성에 대한 실험적 연구를 수행함
- 기타: "화학은 실험을 통해 진리를 알아내야 한다"는 근대 화학의 시초 철학을 제안한 인물
