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분류 | 비금속 |
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원자번호 | 15 |
원소기호 | P |
상태 | 고체 |
원자량 | 31 |
녹는점 | (흰인) 44.1℃ |
끓는점 | (흰인) 280℃ |
산화수 | -3, +3, +5 |
전자배열 | 2-8-5 또는 1s22s22p63s23p3 |
비중 | (흰인) 1.82g/cc(20℃) |
보통 무색의 반투명하며 연하고 매끈한 고체로 어두운 곳에서 빛을 낸다. 공기 중에서 스스로 점화되어 무거운 흰색의 산화물 증기를 발생한다.
1669년에 독일의 연금술사인 헤니크 브란트가 증발되고 남은 요(尿)의 잔류물에서 최초로 발견했다. 인은 생체조직 세포 내의 체액에서 세포활동에 필요한 가장 중요한 무기질 성분의 하나인 인산 이온(PO43-) 형태로 존재하고, 유전형질과 다른 세포의 기능에 직접 관여하며, 각 세포의 핵에서 발견되는 유전자는 모두 인을 포함하고 있는 DNA(디옥시리보핵산) 분자이다. 세포는 영양분에서 얻어진 에너지를 아데노신삼인산(ATP) 분자에서 저장한다. 인산칼슘은 치아와 뼈를 형성하는 주요무기성분이다.
몇 개의 운석(隕石)을 제외하고 천연에서 유리 상태로는 발견되지 않으며, 많은 암석·광물·동식물에 널리 분포되어 있는 화합물에서 발견된다. 지각에서 12번째로 풍부한 원소로 인회석(燐灰石)·웨이블라이트·비비아나이트 등의 광물 형태로 지각의 약 0.12%를 차지하는데, 항상 인산 이온 형태로 존재한다. 주요 상업적 원천은 인회토 또는 탄산염을 포함한 인회석의 불순한 괴상(怪狀) 형태인 인산염 광물이다.
공업적으로 인산염 광물, 코크스, 실리카 자갈을 인 증기, 일산화탄소 기체, 규산칼슘 슬래그로 전환될 때까지 전기로(電氣爐)에서 계속 충전 및 가열하여 얻는다. 이들 기체의 흐름을 냉각시키면 인은 액체로 응축되었다가 최종적으로 고체로 되며, 자발적으로 발화되는 것을 막기 위해 물 속에 저장한다.
인은 흰인·붉은인·검은인의 3가지로 산출되며 약 10개의 동소체가 있다. 흰인은 알파(α)형과 베타(β)형의 2가지 동소체가 있는데, α형은 상온에서 안정한 입방결정구조를 가지며 β형은 -78℃ 이하에서 안정하며 육방결정구조를 갖는다. 또한 흰인은 독성이 있으며 빛 또는 열에 노출되면 공기 중에서 인광도 없고 자발적으로 타지도 않는 붉은인으로 된다.
흑연과 같이 엽편상의 검은인은 흰인을 고압처리하여 만들며 화학적으로 가장 반응성이 작다. 흰인은 3가지 동소체 가운데 가장 반응성이 크며 연막탄 원료 및 소이탄(燒夷彈)과 수류탄의 충전물로 군사용으로 쓰인다. 붉은인은 안전성냥의 마찰 부분을 만드는 데 쓰인다. 천연에서 산출된 인은 안정한 동위원소인 인-31(31P)이며 방사성 동위원소인 32P는 반감기가 14.3일로 동식물의 생활 주기를 연구하는 추적자(追跡子)로 쓰인다.
인 화합물
인은 거의 화합물의 형태로 쓰이며, 산화수는 보통 +3, +5, -3으로 질소 및 같은 족의 다른 원소와 달리 인은 +5의 산화수를 갖는다.
상업적으로 가장 중요한 화합물 가운데 하나는 포스핀(인화수소, PH3)인데, 흰인을 강염기(또는 뜨거운 물)와 반응시키거나 금속의 인화물을 가수분해시켜서 만든 기체 화합물로서 주로 여러 가지 유기 인 화합물을 합성하는 출발물질 및 고체 상태의 전자부품의 혼입제로 쓰인다. 또한 상업적으로 중요한 인 화합물로는 산화물과 산이 있다. 공업적으로 생산된 흰인을 태워서 오산화인, 즉 산화인(Ⅴ)(P4O10)를 만든다.
인산 무수물 또는 오산화이인이라고도 하는 이 화합물은 연한 흰색의 분말 또는 무색의 결정성 고체로서 화학분석을 할 때 탈수제로, 유기합성에서는 축합제로 널리 쓰인다. 또한 물과 반응하여 흔히 인산이라고 하는 오르토인산(H3PO4)이 되며, 공업적으로 인산 이온, 인산수소 이온(HPO42-) 또는 인산이수소 이온(H2PO4-)을 포함하는 인산염을 만드는 데 널리 쓰인다. 이들 염은 빵을 구울 때 팽창제(膨脹劑), 치약의 연마제(硏磨劑), 때때로 세제의 첨가제(添加劑)로 쓰인다. 인산염 광물에 인산을 가하여 만든 또다른 염인 인산이수소칼슘, 즉 과인산염(Ca(H2PO4)2)은 가장 널리 쓰이는 인산염 비료이다.
인은 할로젠 원소와 결합하여 유기 인 화학약품을 합성하는 데 쓰이는 할로젠화물이 되며, 황과 반응하여 유기 화학약품과 성냥을 제조하는 데 쓰이는 몇 가지 황화물을 만든다. 또한 많은 금속 및 준금속과 반응하여 인화물을 만든다. 인 원자는 탄소 원자와 직접 결합하여 많은 유기 인 화합물을 만들며, 이들은 여러 중요한 생물학적 과정에서 발견된다.
예를 들면 포스포글리세리드는 발효할 때, 아데노신인산은 광합성과 근육운동에 꼭 필요하며, 공업적으로 중요한 유기 인 화합물로는 가소제와 가솔린 첨가제가 있다. 특히 독성이 큰 화합물은 파라티온형의 살충제(殺蟲劑)로 쓰이며, 독성이 있는 유기 인 유도체는 화학전(化學戰)의 주요무기인 신경가스로 쓰인다.
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