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정의

상온에서 기체로 존재하는 원소. 원자 번호는 9, 원소기호는 라틴어 이름 ‘Fluorum’에서 유래한 기호는 ‘F’이다. ‘불소(弗素)’라고도 한다. 한국에서는 독일어 명칭 ‘플루오르(Fluor)’라는 이름으로 오랫동안 불렸으나 1998년 대한화학회에서 영어명을 기반으로 표기를 변경하고 2007년 이 표기가 교육과정에 반영됨에 따라 이후 '플루오린'으로 널리 쓰이게 되었다.

연구사

프랑스의 화학자 앙리 무아상(Henri Moissan)이 1886년 무수 플루오린화수소(HF)에 전기가 통하도록 플루오린화수소칼륨(KHF₂)을 용해시키고 전기분해하여 처음으로 분리했다. 앙리 무아상은 1906년에 플루오린 분리에 관한 연구로 노벨 화학상을 수상했다.

분포

플루오린은 널리 분포되어 있는 형석(플루오린화칼슘)이 주된 공급원이며, 빙정석(불소인회석)에서도 발견되고, 해수·뼈·치아에도 결합되어 있는 상태로 소량 존재한다. 플루오린은 희유원소가 아니며 지각의 약 0.065％를 차지한다.

물리적 특성

보통 상태에서 플루오린은 공기보다 약간 무거운 연녹황색 기체로 자극적인 냄새가 난다. 아주 낮은 농도인 경우를 제외하고는 흡입하면 위험하다. 냉각시키면 －188℃에서 노란색 액체가 되고 －219.62℃에서 언다.

화학적 특성

플루오린은은 가장 강력한 산화제로, 화합물로부터 분리하기가 어려운데, 실제로 화학적 방법으로는 불가능하다. 천연에서 산출되는 동위원소는 단 하나로 안정한 플루오린-19(¹⁹F)이다.

플루오린의 화학적 활성은 전기음성도(전자를 끌어당기는 성질)가 가장 크고, 원자 크기가 매우 작기 때문이다. 플루오린화물의 산화수는 －1뿐이며, 플루오린 이온(F^－)의 크기가 작기 때문에 양이온과 결합해 많은 안정한 착물을 이룬다.

활용

상업적으로는 무아상법으로 고순도의 플루오린 원소를 만든다. 플루오린 원소 기체는 로켓 연료에서 산화제로 쓰이며 플루오린화물 제조에 이용된다. 이원자 분자인 플루오린(F₂)은 헬륨·네온·아르곤을 제외한 모든 원소와 결합해 이온 또는 공유결합 플루오린화물을 만든다.

플루오린 화합물

공업에서 가장 많이 사용되는 플루오린 화합물의 하나인 플루오린화수소는 형석을 황산으로 처리해 얻어진다. 이것은 상업적으로 중요한 수많은 무기·유기 플루오린화합물을 만드는 데 쓰인다. 이중에 플루오린화알루미늄나트륨(Na₃AlF₆)은 알루미늄 금속의 전기분해 제조에서 전해질로 사용되며, 육플루오린화우라늄(UF₆)은 원자로 연료인 우라늄-238(²³⁸U)에서 우라늄-235(²³⁵U)를 분리하는 분별확산법에서 사용된다.

플루오린화수소 기체의 수용액을 플루오린화수소산이라 하는데, 이것은 금속의 세척제와 유리의 연마제·거품제·부식제로 쓰인다. 삼플루오린화붕소(BF₃)와 삼플루오린화안티모니(SbF₃)는 플루오린화수소같이 유기반응의 중요한 촉매이다. 플루오린화코발트(Ⅲ)(CoF₃)과 삼플루오린화염소(ClF₃)는 유용한 플루오린화제이다. 육플루오린화황(SF₆)은 기체전기절연체로 쓰인다.

플루오린화소듐(NaF)은 충치 치료에 쓰이고, 플루오린이 부족한 물에 소량 첨가(플루오린화물 첨가법)해 충치를 줄일 수 있다. 플루오린 원소를 질소로 희석시켜 탄화수소와 반응시키면 몇 개 또는 모든 수소가 플루오린으로 치환된 플루오린화탄화수소가 된다. 이 화합물은 안정성이 크고, 화학적으로 비활성, 높은 전기저항 등 매우 중요한 물리적·화학적 성질을 지닌다. 플루오린화 반응은 또한 플루오린화코발트(Ⅲ)와 유기화합물을 반응시키거나 무수 플루오린화수소에서 이 용액들을 전기분해시켜 일어난다.

테플론(폴리테트라플루오로에틸렌, CF₂CF₂) 같이 달라붙지 않는 유용한 플라스틱을 불포화 플루오린화탄화수소로 쉽게 만들 수 있다. 염소·브로민·아이오딘을 포함하고 있는 유기 화합물을 플루오린화 반응을 시키면 디클로로디플루오로메탄(Cl₂CF₂) 같은 화합물이 만들어지는데, 이 화합물은 대부분의 가정용 냉장고와 공기조절장치, 그리고 살충제와 페인트 분무제 같은 에어로졸을 분산시키는 데 널리 쓰이는 추진제로 사용된다.