| 33As 비소 砒素 | Arsenic | |||
| 분류 | 준금속 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 74.921595 | 밀도 | 5.727 g/cm3 |
| 녹는점 | 614 °C (승화) | 끓는점 | 614 °C (승화) |
| 용융열 | 24.44 kJ/mol | 증발열 | 34.76 kJ/mol |
| 원자가 | 5 | 이온화에너지 | 947.0, 1798, 2735 kJ/mol |
| 전기음성도 | 2.18 | 전자친화도 | 78 kJ/mol |
| 발견 | ? (2500 BCE) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-38-2 | ||
| 이전 원소 | 저마늄(Ge) | 다음 원소 | 셀레늄(Se) |
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| 삼산화비소 가루 | 삼산화비소를 함유한 백혈병 치료제 |
1. 개요
원자 번호 33의 비금속 원소.2. 특징
비소는 1280년 독일의 수도자 출신 주교이자 과학자였던 알베르투스 마그누스가 황화비소(As2S3)를 비누와 함께 가열해서 분리한 것이 최초라고 알려져 있다[1]. 비소가 발견되고 나서 원소라고 알려지기 전까지는 성질이 수은의 원광과 비슷하기 때문에 수은의 일부라 여겨졌다.자연에서는 주로 황과 결합한 황화비소나 광물 속에서 산화비소의 상태로 존재한다. 흔히 구리인 줄 알고 니켈과 코발트를 발견해서 가공했던 광부들이 이 산화비소에 많이 당해서 사망했는데, 이로인해 코발트와 니켈은 각각 도깨비와 악마가 이름에 붙었다.
비소는 순물질보다는 화합물의 형태로 활용하며, 인류는 예로부터 독약 및 의약품 또는 합금 첨가제로 이용해 왔다. 구리에 소량을 가하면 내열성이 증가하고, 납에 소량을 가하면 굳기가 증가하는 특징을 보이며, 주로 납-안티몬계의 베어링 합금 등에 첨가된다. 또한 갈륨과의 화합물인 비소화갈륨(갈륨비소)은 반도체 성질을 가지며,[2] 전자산업에서 대단히 중요한 역할을 하고 있다. 기존의 실리콘 반도체에 비해 전자의 움직임이 매우 빠르다는 특징이 있으며 LED, 태양전지, 슈퍼컴퓨터 등에 이용된다. 다만 아직은 제조단가가 비싼 편이고, 맹독성은 아니지만, 여타 비소 화합물처럼 주의 단계.
인류 역사 초기의 청동은 주석이 아니라 비소와 구리의 혼합이었다. 비소 청동이라고 부르는데, 당연히 비소가 재료로 사용되는지라 위험하고 양 조절이 힘들어 일정한 품질의 합금을 만들기 힘들었기에 주석을 이용한 제조법에 자리를 넘겨줬다. 하지만 주석 청동과는 달리 은색 광택을 내는 특징 때문에 아예 맥이 끊기진 않고 장신구를 만드는 목적으로 많이 제작되었다.
그 외에도 방부제·살충제·살서제(殺鼠劑, 쥐약) 등에 사용되고 있으며, 의약품으로써는 살바르산 등이 있다.
살바르산(일명 606호, 발견자 P.에를리히가 606번째에 합성하였다 하여 606호라고 불린다.)은 1910년 당시 난치병이라 여겨진 매독의 치료약으로 사용되었다. 그러나 심부전, 괴사 등 치명적인 부작용이 있어 현재는 페니실린과 같은 항생제가 대신 사용된다. 이 밖에 수면병 치료제인 멜라소프롤 등으로 이용된 바 있다.
동양에서는 비소를 함유한 대표적인 광물 중 하나인 웅황(계관석, As2S2)으로서 고대부터 중국을 비롯한 동아시아에서 폭넓게 약재로 활용하기도 했다.[3]
3. 독성
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비소가 흔히 독극물이라고 불리는 이유는 공기 중에 노출되는 즉시 산소와 결합하여 산화비소가 발생하며, 그 밖에 다른 원소와 결합한 비소화합물이 독성[4]을 가지기 때문인데, 이로 인해 예로부터 동서양을 막론하고 독약으로 꾸준히 사랑받아 왔다. 아무런 맛도 없기 때문에 눈치채기 힘들기도 했고.
서양에서는 르네상스 시대의 로마 교황 알렉산데르 6세가 비소가 든 와인으로 정적을 독살했다고 전해지며, 동양에서는 14세기에 쓰여진 <수호전>에도 등장하고, 사극에서 내리는 사약의 재료로도 많이 등장하는데, 비상이 바로 비소의 화합물 중 일부인 삼산화비소(As2O3)의 또다른 이름이다.
삼산화비소는 사약이라는 이름 말고 '상속가루'라고도 불리는데, 그 이유는 위에서도 언급했듯 당시 검출하기 힘들었던 비소를 활용하여 손자가 재산의 상속을 빨리 받기 위해 할아버지의 포도주에 산화 비소 가루를 첨가할 수 있기 때문이다. 예전에 쥐약으로 쓰이던 비소를 모아서 사람을 살해하는 일도 발생하기도 했으며, 소설 삼대에서도 조 의관이 독살될 때 사용한 것이 이것이었다.
그리고 적은 양을 피부에 바르면 처음에는 피부가 하얀색이 되어서 16~17세기에는 비소와 납이 들어간 화장수(Aqua Tofana)가 이탈리아에서 인기이기도 했는데 이쪽도 미용 겸 후처나 애인들이 늙은 남편의 유산을 물려받은 돈 많고 젊은 과부가 되는 용도로 쓰이기도 했다고 한다.
3.1. 검출법
미국에선 이를 발전시켜 독가스로 개발했고, 그렇게 나온 놈이 루이사이트이다. 해독제론 BAL이 존재하지만, 여타 해독제가 그렇듯 빨리 처치받아야 한다.이처럼 비소가 다양한 방법으로 문제가 제기되니 1832년에 영국 과학자 제임스 마쉬는 비소 검출 방법을 고안해냈다. 이 검사를 마쉬법이라고 한다. 즉, 아연과 황산을 반응시켜 생성된 수소를 As2O3과 결합시키는 것이다. As2O3가 수소와 반응하면 독가스인 아르신(AsH3)이 생성된다. 아르신 기체가 가열되면 분해되어 비소가 생성되는데, 금속성 광택으로 확인할 수 있다.
이 방법뿐만 아니라, 최근엔 ICP-MS[5]를 사용해서 비소를 검출한다.
검출법도 명확하게 드러났으니 비소로 인한 피해가 줄어들 법도 하지만, 요즘도 비소의 독에 관한 사건이 가끔씩 일어나고 있다. 1955년 분유에 불순물로 들어간 비소가 원인이 되어 영아 130명 이상이 죽은 '모리나가유업 비소 밀크 사건'이나 1998년에 일어난 와카야마 독극물 카레 사건 등이 대표적이다. 일단 삼산화비소 수용액은 단 맛을 빼면 맹물과 다를 바 없는 특징을 갖고 있고, 중독증상도 설사하고 토하는 것이니 앞서 말했듯 원인을 파악하기 힘들었으며, 위험성이 입증되었음에도 복잡한 사정이 얽혀 암암리에 사용되었던 것도 원인으로 지목할 수 있었다.
3.2. 면역?
이쯤 되면 비소가 인체에 들어오는 것을 경계하는 사람도 생기겠지만, 톳이나 새우를 포함한 각종 식용 생물 및 일상품 중에는 치사량에 미치지 못하는 비소화합물이 극소량 포함되어 있다. 치사량에 미치지 못하는 양을 먹는 것이니 해당 해산물에 과민 면역반응을 보이는 사람을 제외하고는 맛있게 먹어도 되니 안심하자. 그러나, 이런 비소로 인해 WHO, EPA 등은 이것도 계속이면 암 등을 일으킬 수 있다고 기준을 올리고 있으며, 이는 환경부도 마찬가지다. 일단 EPA의 먹는물 기준은 10ppb.한편 닭은 이 비소에 내성이 있다. 아니, 내성이 있는 정도가 아니라 비소를 함유한 사료를 먹이면 오히려 성장이 촉진된다. 유럽이나 미국에서는 어느 정도 비율의 유기비소를 첨가한 닭 모이가 합법이지만 닭고기에 함유된 비소가 인체에는 어떤 영향을 끼치는지 알려져 있지 않다.
이처럼 이중성이 확실한 물질이라 재미있는 사건에 휘말린 적이 있었는데, 바로 DNA를 만드는 원소가 되었다는 학계의 발표가 있었다.
2010년 11월경 나사가 발표한 연구에 따르면, DNA 분자 구조에서 인 대신 이 비소를 사용하는 박테리아가 지구상에서 발견되었고(정확히는 '발명'된 것으로, 과학자가 비소가 많은 환경에서 인 대신 비소를 사용하게 한 것), 이것은 지구 생명체와 근본적으로 다른 생명체의 존재 가능성, 즉 외계 생명체의 가능성을 높이는 발견이다. 당시 생물학계에서는 "천동설이 지동설로 바뀐 것"이라고 비유할 정도로 엄청난 대발견이라고 흥분하였다. 이것 때문에 NASA는 엠바고까지 걸면서 대대적인 인터뷰를 하려 했으나, 찌라시로 악명높은 영국지 더 선이 미리 선수를 쳤다. 한국에서는 언론들이 그 유명한 나사 중대발표로 대대적인 예고를 때려버렸던 바로 그것이다. "외계인의 발견" 같은 엄청난 내용을 기대했던 사람들은 고작 원소 발견 한 거 가지고 나사가 호들갑떤다고 실망하였다. 중앙대학교가 중대라고 불린다는 이유로 중앙대 갤러리가 털리는 등 웃음거리만 되었다. 애초 일부 비소가 인 대신 치환되어도 생명을 유지하는 생명체는 많다. 닭도 어느 정도까진 비소에 면역이 있다. 그렇다고 인 대신 비소를 이용한다는 것과는 전혀 다른 이야기. 사람이 물 대신 술을 몇번 마셔도 살 수 있지만 술만 마시고 살 수는 없는 것과 같다.
만약 이 내용이 사실이었다면, RNA와 ATP, 세포막 등에 포함된 인산을 전부 비소로 대체할 수 있는 만큼 생물학적으로 엄청난 발견이었을 것이다. 그러나, 2012년 7월경 사이언스에 게재된 반박 논문들(관련 기사)에서 "해당 박테리아가 비소에 저항성을 가지고 있으나, DNA 합성에 비소를 이용하지 않으며 성장에 인이 필요하다. 배양액에 인산염 오염물이 이 박테리아가 생존하고, 성장하는 데 도움이 될 만큼 포함돼 있다"는 내용이 공개되었다. 결국 실험 오류였고, 전 세계를 대상으로 중대발표까지 한 나사의 체면이 구겨졌다. 비소 박테리아에 관해 정리한 글
어느 박테리아의 경우 비소를 이용해 에너지를 얻는다. 정확하겐 비소 환화 산화 효소를 이용. 이런 놈들은 극한 미생물이니 먹고 살기 위해 그렇다고 보면 된다.
4. 패리스 그린
| Emerald Green (#50C878) |
나폴레옹 보나파르트의 죽음이 Cupric Green으로 인한 비소 중독 때문이라는 설도 있다. 벽에 잘 붙어있는 안료가 왜 위험했냐면 곰팡이가 자라서 포자를 날리게 될 때 거기에 비소가 들어가기 때문이다. 미량이지만 연한 독가스를 몇 년이고 마셔서 몸에 축적되어 버리니 안전할 리가 없다. 몇몇 의사들은 집을 떠나 휴양지에서 지내면 몸이 나아질 거라 처방했고, 실제로 효과가 있었다 한다.[8] 이러한 이유들 때문에 녹색의 비소 안료는 훗날 수많은 창작물에서 '독'의 이미지를 녹색으로 표현하는 데 큰 영향을 미쳤다.
동양에서도 패리스 그린을 사용한 적이 있으며, 서양에서 온 녹색이라고 '양록'이라 불렸으며 단청 등에 사용되었다.
다행히도 염료 기술이 발전한 현대에는 보다 안전한 염료를 가지고도 이런 녹색을 내는 게[9]가능해졌다.
이보다 앞서 스웨덴의 화학자 칼 셸레(Carl Scheele, 1742~1786)가 1775년에 내놓은 셸레 그린(Scheele's Green)이라는 녹색 안료에도 비소가 쓰여 벽지, 물감, 양초, 심지어 어린이들 장난감에도 쓰여 사람들의 목숨을 앗아가기도 했다. 셸레 그린은 당시 사용된 탄산구리 안료보다 더 광택이 나고 내구성이 뛰어났지만 구리 성분 때문에 대기 중 황화수소의 형태이든 황을 기반으로 하거나 포함하는 안료 혼합물이든 황화물에 노출되면 색이 바래고 검게 변하는 단점이 있었다고. 패리스 그린은 셸레 그린을 대체하기 위해 만들어진것인데 검게 변하는 단점은 똑같았지만 셸레 그린보다 녹색이 오랜시간 유지되었다고 한다.
[1] Emsley J (2001). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. pp. 43, 513, 529. ISBN 978-0-19-850341-5.[2] 이와 같이 13족 물질과 15족 물질의 화합물로 이루어진 반도체를 III-V족 반도체라고 칭한다.[3] 본초강목이나 동의보감과 같은 옛 의서에도 웅황에 대한 언급이 나온다. 주로 피부 질환을 치료하는 약재로 사용했다고 한다.[4] 인과 비슷한 분자구조로 ATP를 생산하는 효소에 붙는데 인이 아니기 때문에 퉤 하고, 다시 달라붙어서 ATP를 소모하게 하며, DNA의 인 부분에 비소를 집어넣어버린다.[5] Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometer, 주로 무기 금속원소를 분석하는 기기.[6] 벽지 외에 옷을 염색하는 염료의 용도로도 사용되었다. 이를 염료로 쓰면 굉장히 쨍하고 아름다운 초록색 옷이 완성되기 때문.[7] 실수로라도 맨손으로 만졌다면 절대로 코와 입이나 상처를 포함한 신체부위를 만지지말고 최대한 빨리 손을 씻어야 한다.[8] 집을 비운 동안은 비소에 노출되지 않으니 당연히 효과가 있을 수밖에 없다.[9] 537~542nm 이니 같으면 된다.