Bromine(Br), 35-브롬(브로민)

 

원자번호 35번 원소인 브로민의 이름은 그리스어로 악취를 뜻하는 ‘bromos’에서 유래되었다. 우리나라에서는 처음에는 ‘냄새가 나는 원소’라는 뜻으로 취소(臭素)라 불렀고, 얼마 전까지는 독일어 이름 ‘Brom’에서 ‘브롬’이라 불렀으나 최근에는 국제순수·응용화학연합(IUPAC)의 원소 이름 ‘bromine’을 따라 ‘브로민’으로 부르게 되었다. 브로민은 지각에서의 존재량이 원소 중 대략 61번째로, 비교적 희귀한 원소이다. 그러나 대부분의 브로민 화합물들이 물에 잘 녹아 바닷물에 상당량의 브로민 이온(Br-)이 들어있고, 소금 호수나 지하 염수에는 비교적 높은 농도로 들어 있다. 브로민은 이들 수용액에서 원소 상태로 추출되어 유연 가솔린 첨가제, 훈증제, 살충∙살균제 등을 제조하는 데 주로 사용되었으나, 지금은 환경 오염 문제 때문에 이들 용도로는 거의 사용되지 않는다. 대신에 난연제, 석유 시추액, 물 소독제, 염료, 사진 필름 감광제 등의 제조에 사용된다. 브로민의 발견, 특성, 생산, 응용 등을 보다 자세하게 알아보기로 하자.     원자번호 35번, 브로민 브로민 (Bromine)은 원자번호 35번의 원소로, 원소기호는 Br이다. 주기율표에서 플루오린(F), 염소(Cl), 아이오딘(I), 아스타틴(At)과 함께 17족(7A족)인 할로겐 족에 속한다. 원소 상태에서는 이원자 분자인 Br2로 존재하며, 상온에서 액체(녹는점 -7.25oC, 끓는점 58.8oC)로 존재하는 유일한 비금속 원소이다. 상온에서 액체로 존재하는 원소는 금속인 수은(Hg)과 비금속인 브로민 뿐이다. 브로민은 적갈색을 띠며 부식성, 독성, 휘발성이 크고 증기는 강한 자극적인 냄새가 난다. 염소와 아이오딘의 중간 성질을 띠며, 상온에서 기체인 플루오린(F2)이나 염소(Cl2)보다는 반응성이 적고 취급하기가 쉬우며, 아이오딘(I2)보다는 값이 싸다. 대부분의 금속과 잘 반응하며, 비교적 반응성이 없는 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd)과도 반응한다. 물에 비교적 잘 녹으며(물 100g 당 3.5g), 여러 유기용매에도 잘 녹는다.

 

 

원자번호 35번, 브로민. 브로민을 생산하는 사해 근처의 공장을 배경으로 적갈색 브로민 기체가 뿜어져 나오고 있다.

브로민의 원소 정보.

 

 

 

 

천연 상태에서 브로민은 화합물로만 존재한다. 지각에서는 거의 브로민화물(bromide, Br-의 염)로 존재하며, 존재비는 1.6~2.4ppm (1.6~2.4x10-4%)로 원소 중 대략 61번째로 풍부한 비교적 희귀한 원소이다. 바닷물에는 65ppm(6.5x10-3%)의 Br-가 들어있는데, 무게 비로는 염소 이온(Cl-)의 약 1/300이다. 소금 호수와 염정(鹽井)에는 Br-가 보다 높은 농도로 들어있는데, 이스라엘과 요르단의 경계에 있는 사해(dead sea)에는 5000~6000ppm(0.5~0.6%), 미국 염정(鹽井)에는 4000~5000ppm(0.4~0.5%), 중국 지하 염수(鹽水)에는 200~300 ppm(0.02~0.03%)의 Br-가 들어 있다. Br2는 이들에 들어있는 Br-를 염소(Cl2)로 산화시켜 얻는다.  2010년도 기준 연간 전 세계 Br2 생산량은 대략 60만 톤이다.   지금은 생산된 브로민의 약 반이 난연제를 제조하는 데 사용된다. 난연제는 섬유나 플라스틱 제품이 불에 잘 타지 않도록 하는 데 사용되는 물질이다.  그리고 브로민의 약 20%는 CaBr2등의 브로민화 염 형태로 석유 시추공에 첨가되어 시추의 효율을 높이는데 사용되며, 나머지는 살충∙살균제, 염료, 물 소독제 등의 원료 물질로 사용된다. 브로민화 은(AgBr)은 사진 필름에 감광제로 사용되었으나, 디지털 사진술의 발달로 사용되는 양이 크게 줄어들었다. 과거에는 디브로민화 에틸렌이 유연 휘발유 첨가제로 많이 사용되었으나, 이제는 납 오염 문제로 유연 휘발유가 거의 사용되지 않아 이 또한 거의 사용되지 않는다. 또한 브로모메테인(CH3Br)과 같은 휘발성 유기-브로민 화합물이 곡물의 훈증 소독제, 범용 농약 등으로 많이 사용되었으나, 이들이 오존층을 파괴한다는 사실이 발견되어 1987년에 채택된 몬트리올 의정서에서는 이의 생산과 사용을 중단하도록 했다.   원소 상태 브로민(Br2)은 아주 유독하고 피부에 닿으면 심한 염증을 일으킨다. 또 Br2 증기는 점막을 자극하고 1 ppm 이상의 농도에서는 기관지와 폐를 손상시킬 수 있다. 포유동물에서 브로민의 필수적인 생물학적 역할은 알려지지 않았으나, 일부 해양 생물은 유기-브로민 화합물을 필요로 하고, 이를 Br-에서 생성하는 것으로 보고되었다. Br- 이온은 중추 신경계에 진정 작용을 보여 한때는 진정제로 브로민화 염들이 주로 쓰였다.

 

 

 

브로민의 발견과 역사

 

브로민 화합물은 브로민 원소가 발견되기 훨씬 이전부터 중요하게 사용되었다. 고대 페니키아인들은 지중해 연안에서 채취한 고둥에서 자주색 염료를 추출하여 사용하였다. 이 염료는 페니키아의 도시 ‘Tyre’를 딴 타이런 자주(Tyrian purple), 혹은 워낙 귀하고 값이 비싸 주로 왕족만 사용할 수 있어 제왕 자주(Royal purple)라 불리었다. 1909년에 이 염료가 화학적으로 6,6’-디브로모인디고(6,6-bromoindigo)임이 밝혀졌다.   브로민은 20대 초반의 두 젊은 화학자 뢰비히(Carl Jacob Löwig, 1803~1890)와 발라르(Antoine-Jerome Balard, 1802~1876)에 의해 거의 동시에 독립적으로 발견되었다. 독일 하이델베르크(Heidelberg) 대학원생이었던 뢰비히는 1825년에 광천수에 염소(Cl2)를 가해 적갈색 물질인 브로민을 얻었는데, 이는 그가 1827년에 제출한 박사 학위 논문의 주된 내용이었다. 프랑스의 발라르는 1826년에 아이오딘을 생산하는 데 당시 사용되던 해초 재 용액에 Cl2를 가해 브로민을 얻고 이의 성질을 조사한 후, 그 결과를 학술지에 발표하였다. 이들 두 사람은 Br2을 얻는데 사용한 재료만 다를 뿐 얻는 방법은 근본적으로 동일한 것이었는데, 학계에서는 최초로 발견한 뢰비히보다는 최초로 결과를 발표한 발라르를 브로민의 최초 발견자로 간주하는 것이 일반적이다. 과학에서 논문 발표의 중요성을 보여주는 대표적 사례로 볼 수 있다.

브로민 화합물은 브로민 원소가 발견되기 훨씬 이전부터 ‘타이런 자주’라 불리던 자주색 염료로 사용되어 왔다.<출처: (CC) Boonekamp at Wikipedia.org>

 

 

 

발라르는 처음에는 자신이 발견한 원소 이름을 라틴어로 소금물을 뜻하는 ‘muria’를 따서 무라이드(muride)로 명명하였는데, 이후 프랑스 과학 아카데미의 제안에 따라 그리스어로 악취를 뜻하는 ‘bromos’를 따서 ‘Bromine’로 변경하였다. 일본에서는 브로민을 취소(臭素)라 부르는데, 이는 브로민이 뜻하는 바를 한자어로 옮긴 것으로 볼 수 있으며, 우리나라도 과거에는 이를 사용하였다. 여러 브로민 화합물의 전통적인 이름에 ‘취(臭)’가 붙어있는 것은 이 때문이다.   1840년경에는 브로민화 은(AgBr)이 사진술에 사용되기 시작하였고, 1841에는 브로민 광물로는 처음으로 취은석(臭銀石, bromyrite, AgBr)이 멕시코에서 발견되었다. 1857년에는 브로민화 포타슘(KBr)이 진정제와 항 경련제로 간질 치료에 사용됨에 따라 브로민이 다량으로 생산되기 시작되었다. 이후 각종 브로민 화합물들이 만들어져 유연 휘발유 첨가제와 살균∙살충제로 많이 사용되었으나, 최근에는 환경 규제로 이들 분야에서의 사용이 급격히 줄게 되었다. 반면에 지금은 브로민 화합물들에서 농약, 난연제, 석유 시추 주입액, 물 소독제, 염료 등의 용도가 새로이 개발되어 이들의 제조에 중요하게 사용된다.

 

 

 

 

 

물리적 성질

 

브로민 샘플. 브로민은 실온에서 적갈색의 액체로 존재한다. <출처: (CC)Alchemist-hp at Wikipedia.org>

브로민은 원소 상태에서 이원자 분자인 Br2로 존재하며, 수은과 더불어 실온에서 액체로 존재하는 단 두 가지 원소 중의 하나이고 비금속 원소 중에서는 유일한 원소이다. 밀도(0oC 밀도, 3.187 g/cm3)가 높으며, 녹는점은 -7.25oC이고 끓는점은 58.8oC이다. 액체 브로민은 적갈색이며, 쉽게 증발하여 자극적이고 강한 냄새가 나는 주황색 증기가 된다. 20oC 물 100g에 3.58g이 용해되며, 에테르, 알코올, 사염화탄소(CCl4) 등의 유기용매에 잘 녹는다.   동위원소 천연 상태에서 79Br(50.69%)과 81Br(49.31%)의 2가지 동위원소가 있다. 질량수가 2만큼 다른 이들 두 동위원소가 거의 1:1의 비율로 있어, 이것이 질량분석 분광법을 써서 화합물을 확인할 때 화합물에 들어있는 Br 원자의 개수를 쉽게 알아낼 수 있는 이유가 된다. 20 종 이상의 인공 방사성 동위원소들이 확인되었는데, 77Br(반감기 2.376일)과 82Br(반감기 1.471일)을 제외하고는 반감기가 상당히 짧다. 77Br은 β+ 붕괴를 하고 77Se이 되며, 82Br는 β- 붕괴를 하고 82Kr이 된다. 브로민 방사성 동위원소들의 중요한 상업적 용도는 아직 없다.

 

 

 

화학적 성질

 

 

 

브로민은 7개의 원자가 전자를 갖고 있어, 자기들끼리 단일 결합을 하는 Br2로 존재하고, 다른 원소들과도 단일 결합 화합물을 잘 만든다. 화합물에서의 산화상태는 보통 -1이지만, 전기음성도가 보다 큰 원소들과는 산화상태가 +7, +5, +3, +1인 여러 화합물들을 만든다. Br2는 반응성이 매우 크고 강한 산화제로 작용하는데, 화학 반응성이 염소(Cl2)보다는 적고 아이오딘(I2)보다는 크다. Br과 다른 원자(X)와의 Br-X 결합에너지도 대응하는 Cl-X 결합에너지보다는 적고, I-X 결합에너지보다는 크다. 수용액에서 Br2/Br- 반쪽 전지의 표준 전위(Eo)는 1.087 V로, F2(g)(Eo = 3.05 V)나 Cl2(g)(Eo = 1.36 V)보다는 산화력이 적으나, I3- (Eo = 0.53: I3-는 I2를 I-가 포함된 용액에 넣었을 때 존재하는 화학종)보다는 크다. 따라서 Br-는 Cl2에 의해 Br2로 산화되며, Br2는 I-를 I2로 산화시킨다.   Br2(aq) + 2e-  2Br-      Eo = 1.087 V 2 Br- + Cl2 → 2Cl- + Br2 2 I- + Br2 → 2Br- + I2

브로민의 바닥 상태 전자배치. <출처: (CC)Pumbaa at Wikipedia.org>

 

 

 

 

 

표준 상태에서 산소(O2)나 질소(N2)와는 반응하지 않으나, 오존(O3)과는 반응하여 반응성이 큰 이산화브로민(BrO2)을 생성한다. 수소(H2)와는 상온에서는 잘 반응하지 않으나, 열이나 빛 존재 하에서는 HBr을 생성한다. Br2는 물에서 브로민화수소산(hydrobromic acid: HBr), 하이포아브로민산(hypochromous acid, HOBr)과 다음의 평형을 이룬다.   Br2 + H2O  HBr + HOBr   Br2는 지방족 및 방향족 탄화수소, 케톤(ketone), 유기산, 아민(amine), 알켄(alkene: 탄소-탄소 이중결합을 갖는 불포화 화합물), 페놀 등의 다양한 유기화합물과 반응하여 수소원자(H)를 브로민 원자(Br)로 치환하거나 불포화 기에 브로민이 첨가된 화합물을 생성한다. 따라서 Br2 용액에 케톤이나 알켄을 첨가하면 Br2의 붉은색이 없어지는데, 이는 이들 불포화 화합물들을 검출하는 데 이용된다. 여러 금속과 격렬하게 반응하며, 비금속 원소와도 반응한다. 다른 할로겐 원소들과 할로겐간 화합물 (예로, BrF, BrF5, ClBr, BrI)을 만든다.

 

 

 

브로민의 생산

브로민은 Br^-가 비교적 많이 들어있는 소금 호수물이나 지하 염수에서 생산된다.
예로, 사해에는 5000~6000ppm의 Br^-가 포함되어 있다. <출처: (CC)Ian and Wendy Sewell at wikipedia.org>

 

 

 

 

브로민은 Br-가 비교적 많이 들어있는 소금 호수 물이나 지하 염수에서 생산된다. 예로, 사해에는 5000~6000ppm(0.5~0.6%), 미국 염정(鹽井)에는 4000~5000ppm(0.4~0.5%), 중국 지하 염수(鹽水)에는 200~300ppm(0.02~0.03%)의 Br-가 포함되어 있어 이들이 주로 이용된다. 바닷물에도 65ppm(0.0065%)의 Br- 가 들어있으나, 여기서 경제적으로 Br2을 생산하기에는 농도가 너무 낮다. 그러나 바닷물에서 얻은 간수 또는 암염에서 식염을 추출하고 남은 모액은 Br2 생산에 사용되기도 한다. 이들 Br- 수용액에 염소(Cl2)를 가하여 Br-를 Br2로 산화시킨 후 공기를 불어넣어 Br2를 회수하고 이를 응축시켜 Br2를 얻는다.   소량의 Br2를 실험실에서 직접 만들고자 할 때는, 브로민화소듐(NaBr) 같은 브로민화 염을 산성 용액에서 과망가니즈산 염(MnO4- 염) 또는 브로민산 염(BrO3- 염) 등으로 산화시켜 얻는다. 6 Br- + 2 MnO4- + 8 H+ → 3 Br2 + 2 MnO2 + 4H2O 5 Br- + BrO3- + 6 H+ → 3 Br2 + 3 H2O   미국 지질조사국 자료에 따르면, 2010년에 미국을 제외한 나라의 Br2 생산량은 38만 톤으로, 중국 14만 톤, 이스라엘 13만 톤, 요르단 8만 톤, 일본 2만 톤 등이다. 미국이 2007년에 22.6만 톤을 생산한 것을 감안하면, 2010년의 전세계 브로민 생산량은 대략 60만 톤(2007년은 55.6만 톤)으로 추정되는데, 이 양은 Cl2 생산량의 1% 정도이다. 브로민의 생산량과 가격은 꾸준히 올라가고 있는데, 2009년에는 톤당 1,800$ 이었으나, 2011년에는 4,700$까지 상승하기도 하였다. 사해 염수와 바닷물에 각각 10억 톤과 100조 톤의 브로민이 들어있는 것으로 추정되므로, 전 세계 브로민 자원은 거의 무한하다고 보아도 무방하다.

 

 

 

 

 

브로민의 용도 보로민의 주된 용도는 시대에 따라 크게 변하였다. 1960년대 이전에는 생산된 Br2의 거의 대부분이 디브로민화 에틸렌(ethylene dibromide: CH2BrCH2Br) 생산에 사용되었고, 일부는 사진 필름의 감광제인 AgBr 제조에 사용되었다. 1920년대에 가솔린 내연기관 연료에 사에틸 납(tetraethyl lead, Pb(C2H5)4)을 첨가하면 노킹(엔진 내의 비정상 연소로 망치 두드리는 것과 같은 소리가 나는 것) 현상이 크게 줄어드는 것이 발견되었는데, 사에틸 납의 분해에서 생성된 납이 엔진 내부에 축적되는 것을 방지하기 위해 휘발유에 디브로민화 에틸렌을 첨가하였다. 그러나 유연 휘발유 사용에 따른 납의 환경 오염 때문에 이의 사용이 규제되면서 자연히 디브로민화 에틸렌의 생산과 사용도 급격하게 줄게 되었다. 대신에 브로모메테인(bromomethane, CH3Br, 끓는점 3oC: methyl bromide로도 불림)에서 탁월한 살선충(지렁이 등의 선충을 죽이는 것) 성질과 제초∙살균∙살충 성질 등 범용 농약으로의 좋은 특성이 발견되고, 이외 여러 유기-브로민 화합물들에서도 비슷한 좋은 농약 특성이 발견되어 이들을 농약으로 많이 사용하게 되었다. CH3Br은 또한 불을 끄는 소화제, 유기 합성에서의 메틸화 시약, 용매 등으로도 널리 사용되었다. 그러나 CH3Br을 비롯한 휘발성 유기-브로민 화합물들이 프레온 등의 플루오린 화합물들과 마찬가지로, 오존층을 파괴시킨다는 사실이 발견됨으로써 1987년에 채택된 몬트리올의정서에서 생산 및 사용 금지 대상 화합물이 되었고 따라서 1990년대부터 이의 사용이 급격히 줄게 되었다.

 

 

 

 

 

제초, 살균, 살충의 성질을 가진 브로모메테인 등 여러 유기-브로민 화합물들은 농약으로 많이 사용되었다. 그러나 오존층 파괴의 원인으로 지목됨에 따라 사용이 급격히 줄게 되었다. <출처: (CC)PI77 at Wikipedia.org>

플라스틱 제품에 많이 첨가되는 난연제는 테트라브로모비스페놀 A인데, 인쇄 회로 기판에 사용되는 에폭시 수지, TV 등의 틀에 사용되는 ABS 수지에 첨가된다. <출처: gettyimages>

 

 

 

 

 

 

지금은 Br2의 약 50%가 난연제 제조에 사용된다. 난연제는 섬유 및 플라스틱 제품이 불에 잘 타지 않도록 함으로써 화재를 예방하고 화재에 따른 피해를 줄이는 물질이다. 고온에서 유기-브로민 화합물들은 쉽게 분해되어 Br 원자를 생성하는데, 이 Br 원자가 연소에 필요한 자유라디칼(free radical) 연쇄 반응을 종결시키는 역할을 하는 것이 유기-브로민 화합물들이 난연제가 되는 이유이다. 유기-브로민 화합물들은 빛에 의해서도 Br 원자를 생성하는데, 이것이 오존층 파괴의 원인이 되기도 한다. 난연 제품은 난연제 용액으로 처리하여 얻거나 중합 과정에서 브로민 화합물을 첨가하여 얻는다. 한때는 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트(tris(2,3-dibromopropyl)phosphate; (Br2C3H5O)3PO)가 이 목적으로 많이 사용되었으나, 이의 발암성이 알려지면서 이제는 거의 사용되지 않고 다른 브로민 화합물들이 사용된다. 플라스틱 제품에 많이 첨가되는 난연제는 테트라브로모비스페놀 A(tetrabromobisphenol A)인데, 주로 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)에 사용되는 에폭시 수지에 첨가되며, TV 등의 틀에 사용되는 ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 수지에도 첨가된다.   브로민의 약 20%는 CaBr2, NaBr, ZnBr2 형태로 석유 시추액에 첨가된다. 이들 화합물의 수용액은 밀도가 높아 시추의 효율을 높인다. 또한 일부 수소가 브로민으로 치환된 식물성 기름은 감귤 향 음료에 유화제로 사용되는데, 미국과 영국은 1970년 중반에 이의 사용을 제한하였으나 일부 제품에서는 여전히 사용된다. 한편 여러 가지 브로민 유기 화합물들이 농약, 염료, 물 소독제 등으로 사용된다. 이중 특히 트랄로메스린(tralomethrin)이 물, 농토, 농작물 등의 살충 및 소독제로 많이 사용되나, 독성 때문에 유해물질 감시 대상이 되어 있다. 수영장이나 온천장 물을 살균하는데, 염소 대신 브로민이 사용되기도 한다. KBr을 비롯한 브로민화 염들은 진정제로 오랫동안 사용되어 왔으며, 일부 나라에서는 지금도 사용한다.

 

 

 

6,6’-디브로모인디고 (타이런 자주 염료 성분).

N-브로모석신이미드 (브로민화 시약).

테트라브로모비스페놀 A (합성수지 난연 첨가제).

트랄로메스린 (살충, 살균 소독제).

 

 

 

 

 

 

브로민 화합물의 합성과 이들의 이용 위 항에서 기술한 화합물 이외에도 아주 다양한 무기 및 유기-브로민 화합물들이 합성되었으며, 이들에 관련된 화학은 염소 화합물의 화학과 비슷하다.

 

 

 

 

 

무기화합물 Br2를 백금(Pt) 또는 석면을 촉매로 써서 수소(H2)와 200~400oC에서 반응시키면 브로민화수소(HBr)가 얻어진다. HBr은 무색 기체로 환원제, 유기 반응 촉매 등으로 사용된다. 여러 유기-브로민 화합물 합성에도 사용되는데, 알코올(ROH)과 반응하여 브로민화 알킬(RBr), 알켄(RCH=CH2)에 첨가되어 RCH(Br)-CH3, 그리고 알카인(RC≡CH)에 첨가되어 브로모알켄(RC(Br)=CH2)을 만든다. HBr을 물에 녹이면 브로민화수소산이 얻어지는데, 이는 강산으로 금속과 금속 산화물을 녹인다.   Br은 +1, +5, +7 상태의 산소산 (HOBr, HBrO3, HBrO4)과 이들의 염을 만든다. Br2를 물에 녹이면 HBr과 함께 하이포아브로민산(hypobromous acid, HOBr)이 만들어지며, Br2를 알칼리 용액에 녹이면 하이포아브로민산 이온(OBr-)이 생기는데, 이들은 표백 작용을 나타낸다. OBr-은 브로민산 이온(BrO3-)과 Br-로 분해되는데, BrO3-는 염소산 이온(ClO3-)과 유사한 강한 산화제이다.   3 OBr- → BrO3- + 2 Br-   과브로민산 이온(BrO4-)은 BrO3-를 F2 와 반응시켜 만들 수 있으나, 특별한 조건이 필요하고 수율은 20%에 불과하다.   BrO3- + F2 + 2OH- → BrO4- + 2F- + H2O   브로민의 산화물 중 Br2O, Br2O3, BrO2는 낮은 온도에서 안정하게 존재한다. BrO와 BrO3는 각각 OBr-와 BrO3-를 섬광 분해시키거나 감마선을 쪼이면 생성되는데, 이들은 불안정하여 실용적으로 이용되지는 않는다.   유기-브로민 화합물 유기화합물에서 H 대신 Br이 치환된 여러 유기-브로민 화합물들이 합성되어 사용된다. 이들은 보통 반응물의 불포화기에 Br2나 HBr를 첨가시키거나 빛 존재 하에서 탄화수소와 Br2를 반응시켜 얻는다. 예로, 디브로민화 에틸렌은 에틸렌에 Br2를 첨가시켜 얻으며, 브로모메테인은 메틸 알코올과 HBr를 반응시켜 얻는다.   CH2=CH2 + Br2 → BrCH2-CH2Br CH3OH + HBr → CH3Br + H2O   유기산(RCH2COOH)과 Br2를 소량의 붉은 인 촉매와 함께 반응시키면 α-위치(COOH 바로 옆에 있는 탄소 위치)에 있는 H가 Br로 치환된다. 이 반응은 의약품 합성에서 많이 사용되는 중간체인 브로모아세트산(BrCH2COOH)의 공업적 합성에 중요하게 이용된다.   CH3COOH + Br2 → BrCH2COOH + HBr (촉매로 붉은 인 사용)   최근에는 유기-브로민 화합물을 합성할 때 Br2 대신 N-브로모석신이미드(N-bromosuccinimide: NBS)를 많이 사용하는데, 이는 NBS가 취급하기 용이하고 보다 완만한 조건에서 선택적으로 반응하기 때문이다.

 

 

 

 

 

 

 

생물학적 역할과 독성

하와이 바다아스파라가스(Asparagopsis taxiformis)의 정유에는 오존층 파괴 물질인 브로모메테인이 80% 들어 있다.

브로민이 사람과 포유동물에게 필수적인 생물학적 역할을 한다는 연구 결과는 아직 없다. 다만 인체 면역계에서 항 기생충 효소가 Br-을 사용하는 것이 보고되었으며, 여러 해양 생물들이 Br-를 유기-브로민 화합물로 전환시켜 사용하는데, 1600 종 이상의 이들 유기-브로민 화합물들이 알려져 있다. 이들 화합물들은 대부분 브로모과산화효소(bromoperoxidase)의 작용으로 합성되는데, 이 효소의 활성에는 바나듐(V)이 필요한 것으로 알려져 있다. 해양 생물들이 합성하는 유기-브로민 화합물 중에서 양적으로 가장 많은 것은 해조류가 생산하는 브로모메테인(CH3Br)으로 매년 56,000 톤 이상이 생산되는 것으로 추정된다. 하와이산 해조류인 바다아스파라거스(Asparagopsis taxiformis)의 정유(essential oil)는 80%가 CH3Br로 되어 있다.   원소 상태 브로민(Br2)은 아주 유독하고 피부에 닿으면 심한 염증을 일으킨다. 또 Br2 증기는 점막을 자극하고 1 ppm 이상의 농도에서는 기관지와 폐를 손상시킬 수 있다. 또 과거에 진정제로 많이 사용된 Br- 염을 과량 또는 장기간 복용하면 브로민 중독이 되어 우울증과 체중 감소를 초래할 수 있다. 이 때문에 미국은 Br-염을 함유하는 약품을 허가하지 않고 있으며, 종전에 진정제와 항우울제로 사용된 것들도 금지하였다.   농약 등 여러 용도로 많이 사용된 CH3Br은 호흡기 등에 독성을 보인다. 그리고 휘발성 플루오린 화합물들과 마찬가지로, CH3Br을 비롯한 유기-브로민 화합물 기체는 오존(O3)층을 파괴하여, 몬트리올의정서에 의해 생산과 사용이 금지되었다. 그러나 규제가 시작되기 전인 1991년의 전 세계 CH3Br 생산량은 71,500 톤으로, 해조류가 생산하는 양보다 조금 많을 뿐이다. 자연은 손상을 스스로 치유하는 능력이 있는데, 환경을 파괴하는 물질의 사용을 규제하는 것은 자연의 치유 능력 이상으로 인위적으로 배출되는 양을 줄이겠다는 것으로 보아야 할 것이다.

 

 

 

1. 수치로 보는 브로민
   브로민의 표준원자량은 79.904g/mol이고, 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵ ([Ar]3d¹⁰4s²4p⁵)이며, 화합물에서 주된 산화 수는 +7, +5, +3, +1, -1이다. 지각에서의 존재 비는 1.6~2.4ppm이다. 바닷물에 65ppm(6.5x10^-3%), 그리고 사해 염수에는 5000~6000ppm(0.5~0.6%) 농도로 Br^-가 들어 있다. 2010년 전세계 Br₂생산량은 약 60만 톤으로 추정된다. 1기압에서 녹는점은 -7.25^oC이고, 끓는점은 58.8^oC이며, 0^oC에서의 밀도는 3.187g/cm³이다. Br₂의 증발열은 29.96kJ/mol이며, 해리 엔탈피는 192.7kJ/mol (비교: Cl₂는 242.6kJ/mol, I₂는 151.1kJ/mol)이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 1139.9, 2103, 3470kJ/mol 이며, 폴링의 전기 음성도는 2.96이다. 천연 상태에서의 동위원소는 ⁷⁹Br(50.69%)와 ⁸¹Br(49.31%)이다.

2. 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)
   지구 오존층 보호를 위해 오존층을 파괴하는 물질의 생산과 사용을 규제하는 국제환경협약으로, 1987년에 채택되고 1989년에 발효되었으며, 우리나라는 1992년에 가입하였다. 프레온 등 여러 플루오린 화합물들이 주요 규제 대상이나, 브로모메테인(CH₃Br)과 수소화브로민화플루오르화탄소(HBrFC)와 같은 브로민 화합물들도 규제 대상이다.

 

 

 

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일  2012.04.25

 

Bromine Atomic Weight   79.904 Density   3.12 g/cm3 Melting Point   -7.3 °C Boiling Point   59 °C Full technical data Bromine is liquid at room temperature but evaporates very rapidly into a purple-brown, choking gas that smells rather like chlorine. Sodium bromide, the bromine analog of table salt, is often used in hot tubs. Scroll down to see examples of Bromine.