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'''H2O2
과산화 수소
過酸化水素
||과산화 수소
過酸化水素
|
Hydrogen peroxide'''| 분류 | 무기화합물 | 상온 상태 | 무색 액체 |
| 분자량 | 34.0147 g/mol | 밀도 | 1442.5 kg/m3 |
| 녹는점 | 272.72K -0.43°C / 31.226°F | 끓는점 | 425.15K 152°C / 305.6°F |
| CAS 등록번호: 7722-84-1 | |||
출처는 CAS Common Chemistry이고\
1. 개요
과산화수소(過酸化水素, Hydrogen Peroxide)는 물(H₂O)에 산소 원자가 하나 더 붙어서 만들어진 무기화합물이다[1]. 화학식은 H2O2이며, 드물게 이산화이수소라고도 한다. 가장 간단한 과산화물이자[2] 우리 주변에서도 가장 흔히 볼 수 있는 과산화물이다. 약산성을 띄며, 그 특유의 불안정성 때문에 고농도로 존재하기 어렵다. 물에 희석해 과산화수소수로 만들어 사용한다. 보통 소독약으로도 사용된다.
2. 설명
분자 내 산소의 산화수가 -1인 데다 분자 구조도 불안정해 자유 라디칼이 떨어져 나와 매우 강한 산화력을 가지고 있어서 모발의 탈색이나 염료의 탈색에 사용된다. 쉽게 비유하자면 색소나 오염 물질을 태워 버리는 거나 다름없다. 흔히 말하는 '산소계 표백제'의 주원료가 이것. 액체 세제의 표백제로 들어가고 분말 세제에는 고체인 과탄산 소다가 들어간다. 90년대 싸움 좀 한다던 초딩들이 쉬는 시간에 화장실에서 과산화수소수를 사용해 머리를 탈색하고 다니는 게 유행이었다.[3]30% 이상 농도의 과산화수소가 피부에 닿으면 닿은 부분이 완전히 하얀 물감처럼 완전한 하얀색으로 변한다. 과산화수소가 피부 아래의 모세혈관에 침투해 미세한 공기 방울을 만들기 때문이다. 다만 저 정도의 과산화수소에 피부가 살짝 노출된 것은 아주 심각한 사태는 아니다. 약간
표백력을 이용해 치아 미백에 가장 많이 사용되는 약품도 이것이다. 치과에서 진료할 때는 상당히 고농도의 과산화수소를 사용하며, 판매되는 미백 치약에도 약간씩 들어 있다. 효과는 확실하지만 미백 중에 이와 잇몸이 굉장히 시리다. 치아에 충치라도 있으면 지옥을 맛보게 된다. 치과 의사에게 시술을 받는 게 아니라 본인이 직접 과산화수소를 구해서 사용할 경우 상당한 부작용이 일어날 수 있다. 쓸데없이 돈 아끼려다가 병원비 더 크게 지지 말고, 그냥 치과 의사에게 맡기자.[4][5]
물과 산소로 바뀌며 열을 내어 놓는 점으로 인하여 일부 엔진이나, 우주 추진 로켓의 연료 겸 추진제로도 쓰인다.(단일 추진제) 70% 이상의 농도는 우주선에 사용되기도 한다. 과산화수소를 이용한 추력기는 자세 제어에 주로 사용되었으며[6] V2(로켓)의 예연소실에 쓰이기도 했다. 로켓용으로는 90% 농도의 과산화수소도 만들 수 있지만 공업용으로 쓰이는 건 보통 최대 50% 농도 정도이다.
실험실이나 로켓 엔진에서 과산화수소를 분해하는 데 가장 흔히 쓰이는 분해제는 과망간산 칼륨 (KMnO4 Potassium permanganate)으로 시중 화공약품 상에게서 쉽게 구할 수 있다. 고농도의 과산화수소를 분해해도 배출 가스는 주로 뜨거운 수증기로 다른 로켓처럼 1천도 이상의 고온의 화염이 나오는 게 아니므로 상대적으로 안전해서 2차대전 때 독일이 로켓 추진 비행기의 엔진을 개발하기도 했다. 학교 실험실습용으로는 요오드 소금이라 불리는 요오드화 칼륨(KI, 아이오딘화 포타슘)이 주로 쓰인다.
그리고 시중에 파는 3% 희석액[7]은 소독액으로 사용한다. 과산화수소가 분해되면서 하이드록실 라디칼(ㆍOH) 같은 활성산소종(ROS)을 내놓는데, 이들 ROS의 강력한 산화력으로써 소독 효과를 나타낸다. 혈액과 같이 카탈레이스가 함유된 물질과 접촉할 시 빠르게 하얀 거품이 이는 것을 볼 수 있는데, 시각적인 효과와는 달리 해당 경우 소독 효과는 상당히 감소한다.[8] 이는 카탈레이스가 과산화수소를 물과 산소 기체로 빠르게 분해 시켜 버리는 만큼 일종의 중간 산물인 ROS의 생성이 대폭 줄어든다는 까닭에서이다. 애초에 상처 부위에 직접 적용하기에는 자극성이 강하기에 기껏해야 주변 소독이나 이런 저런 도구의 소독에 보다 널리 이용된다. 상처부위 소독용으로서 보다 자극이 적고 효과 또한 크게 뒤쳐지지않는 소독약이 등장한 현재는 상처 소독에 포비돈 요오드나 클로르헥시딘을 주로 사용하고 과산화수소수는 엉겨 붙은 피를 닦아내는 용도로나 쓰인다.
면역계에서도 사용하는데, 면역계에서는 과산화수소가 자유 라디칼이란 점 때문에 세균을 만나면 면역 세포에선 먼저 비타민C 같은 항산화제를 우걱우걱 해버려 세균놈이 먹을 것도 없게 만든 후, 산화 반응을 일으키는 과산화수소를 내뱉어 세균을 죽여 버린다.
곰팡이 제거나 핏물 제거에 효과적이다.[9] 그리고 황변, 변색된 플라스틱을 다시 원래 색으로 되돌릴 때에도 효과적으로, 피규어나 프라모델 등이 완전히 잠기도록 과산화수소수를 붓고 자외선을 쐬어 주면 된다. 단 효과가 오래 가지 않는다는 게 흠이다. 자세한 내용은 Retr0bright 문서 참조.
20세기 초에는 미용 목적으로 쓰이기도 했던 모양이다. 안네의 일기 내용을 보면 안네 프랑크가 은신처에서 잠자리 준비를 할 때 얼굴의 잔털을 제거하는 용도로 옥시돌을 바른다는 묘사가 실려 있다.
햇빛 및 열에 의해 산소와 물로 분해되므로 직사광선이 닿지 않는 서늘한 곳에 보관해야 하며, 분해 안정제로 인산과 요산을 첨가할 수 있고, 반응성이 크고 분해 후에는 조연성(산소니까)을 가지게 되므로 위험한 물질과는 구분하여 보관해야 한다. 고농도(36% 이상)의 과산화수소는 위험물안전관리법에 의해 제6류 위험물로 지정되어 있으며, 지정 수량은 300kg.
진한 황산과 섞어 피라냐 용액이라는 정신나간 화합물을 만들 때도 쓰인다. 둘 다 강력한 산화제이고, 진한 황산은 거기에 강한 탈수력까지 갖췄기 때문에 거의 모든 유기화합물을 태워버려 이산화 탄소 기체로 만들어 날려 버릴 수가 있다. 물론 위험성도 배가 된다.
덧붙여, 실험실에서도 보통 30~40% 정도의 농도로 된 수용액을 사용하며, 그 이상은 거의 쓰지 않는다. 이유는 간단한데, 진한 과산화수소는 산화력이 지나치게 강력해서 유기용제와 섞이기라도 하는 날에는 대폭발이 일어날 수 있기 때문. 거기에다가 앞서 서술한대로 불안정하기 때문에 과산화수소 자체의 농도가 80% 이상이 되면 그 자체로도 언제든지 폭발할 수 있다. 시중 일반 산업용으로 구할 수 있는 고농도는 약 50% 정도.
동물 병원에서는 개나 고양이가 먹으면 안 되는 것을 먹었을 때 구토를 유도하는 데 사용하기도 한다. 약국에서 파는 소독용 3% 과산화 수소를 사용하며, 몸무게(kg) x 1.1(ml)의 양에 같은 양의 물을 희석해서 주사기 등을 사용해 먹이고 조금 기다리면 토하기 시작한다.[10] 이건 응급 처치니까 무사히 토해 냈더라도 얼른 병원에 데려가자. 애초에 근처에 바로 갈 수 있는 동물 병원이 있다면 그냥 개를 안고 병원으로 달려가는 게 안전한 방법이다.
그러나 이 방법의 경우 주의를 해야 하는 방법이기도 하다, 기본적으로 과산화수소가 구토를 유발시키는 건 위벽과 과산화수소가 반응하여 구토가 유발되는 건데 이는 당연히 식도에서도 동일하게 나타난다. 한마디로 식도 손상을 유발할 수 있다는 것. 식도 점막은 생각보다 재생이 잘 되는 조직이기에 문제가 안 되는 경우도 많지만... 실제로 병원에 애완 동물을 구토를 목적으로 데려가면 애완 동물이 어지간히 저항하지 않는 한 카테터를 위 내까지 집어 넣은 후 투여를 할 것이다. 이는 과산화수소가 식도 내에 최대한 접촉하지 않게 하기 위함이다.
물과 과산화수소를 이용한 농담이 있다. "One H2O for me please!" "I will have H2O, too!" 만화 [11]
2005년에 '산소 치료'랍시고 병원에서 과산화수소를 몸에 주사하는 매우 위험한 일이 성행했는데, 15여년이 지난 2020년에 또다시 과산화수소를 먹으면 질병을 예방하고 치료할 수 있다는 가짜뉴스가 유튜브를 중심으로 확산되면서 피해가 속출하고 있다.
렌즈 소독액으로도 쓰이는데 보관액이랑 용도를 착각하고 눈에 넣을 수 있으니 조심해야 한다.
요오드화 칼륨과 주방 세제와 함께 섞으면 일명 '코끼리 치약'(Elephant Toothpaste)이라고 알려진 대량으로 거품이 일어나는 현상이 일어난다. 요오드화 칼륨은 과산화수소의 분해를 쉽게 해주는 촉매이며 세제는 산소 거품을 만들어 내는 재료이다. 유튜브 등을 보면 이 반응 실험을 대규모로 행해서 사방 천지를 거품으로 덮는 영상들을 발견할 수 있다.실험 영상
폭탄먼지벌레가 자신을 보호하기 위해 뿜는 물질의 주성분 중 하나이다.
3. 제조법
공업적으로는 안트라퀴논을 촉매로 수소와 산소를 1:1로 반응시켜 만든다. 절대 따라하지 말 것.- [math(\rm{N}_2 + 3\rm{H}_2 \xrightarrow{Fe_3O_4}2\rm{NH}_3)](일명 하버 공정)[12]
- NH3 + 60% H2SO4 → NH4HSO4 + 전기 분해 → (NH4)2S2O8 + H2
- (NH4)2S2O8 + 2H2O → H2O2(과산화 수소) + NH4HSO4[13]
실험실에서는 과산화물에 황산을 반응시켜 얻는다.
- BaO2 + H2SO4 → H2O2 + BaSO4
- Na2O2 + H2SO4 → H2O2 + Na2SO4[14]
첫 번째에 설명한 반응은 너무 위험한 반응이기에 대학수준의 랩 시설과 충분한 안전장비가 갖추어지지 않았다면 생성물의 수율은 물론이고 본인의 목숨 또한 보장하지 못할 수 있으니 절대 따라하면 안 된다. 황산 암모늄을 생성하는 반응에서 수소 가스를 발생시키기에 cold ice bath에 넣어놓고 반응물의 온도를 조절해야 한다. 또한 농축 황산은 탈수반응을 일으키기에 잘못 닿으면 화학화상을 입을 수도 있으며 이런 통제되지 못한 환경에서 생성된 과산화수소는 부산물 생성을 통제하지 못하여 수율이 많이 떨어질수밖에 없다.
[1] 그 때문에 프랑스어와 중국어로는 이런 어원으로 만들어진 관용명이 사용되기도 한다. 프랑스어로는 eau oxygénée(산화된 물), 중국어로는 雙氧水(산소 원자가 쌍인 물).[2] Na2O2 등의 알칼리 금속 과산화물은 예외로 친다.[3] 그렇다고 정말로 하지는 말자. 모발에 대단히 좋지 않으며 자칫하면 두피에 화학적 화상을 입을 수도 있다.탈모[4] 치과 의사들이 쓰는 과산화수소는 보통 젤 타입이어서 삼킬 걱정이 없는데, 일반인들은 액체 과산화수소만 구할 수 있다 보니...[5] 최근 들어 인터넷에 젤 타입 과산화수소 미백제가 유통되고 있는데, 직접 미백을 할 경우 잇몸과 과산화수소의 접촉으로 잇몸에 손상을 입힐 수 있으니 가급적 피하는 것이 좋다.[6] 현재는 효율이 더 좋은 하이드라진 추력기로 대부분 대체되었지만 하이드라진에 비해 상대적으로 무독하기에 아직도 간혹 사용된다. 예를 들어 소유즈 우주선의 귀환 모듈 자세제어 로켓에 현역으로 사용된다.[7] 일단 100ml중 과산화수소 35%(KPC) .... 9% 라고 적혀 헷갈리기 쉽지만 35% 희석액을 물에 9% 섞었다는 뜻이기에 사실상 3% 희석액. 참고로 옛날에는 "옥시풀"이나 "옥시돌"이라는 이름으로 불렀었다. 옥시돌(Oxydol)은 일본에서 2021년 현재에도 판매 중인 소독용 과산화수소수의 상품명이다.[8] 혈액 속에 카탈레이스가 존재하는 이유는, 산소로 호흡하는 생명체의 경우 부산물로 자유 라디칼이 나오게 되는데 얘네들을 그냥 냅뒀다가는 그 강력한 산화력으로 피아식별도 없이 DNA나 세포막 등을 마구 파괴하므로 카탈레이스를 통해 분해하기 위해서이다.[9] 단, 가정에서 소독용으로 사용하는 3% 수용액으로는 세균이나 곰팡이 포자 살균 효과(sporicidal)는 제한적이다. 뿐만 아니라 카탈레이스나 과산화효소에 쉽게 무력화되므로, 그런 물질을 생성해내는 미생물이 존재할 수 있는, 미생물이 거하게 증식한 환경에서는 효과를 빠르게 상실한다. 따라서 포자까지 잡을 수 있는 락스, 미생물 덩어리에도 충분히 효과적인 알코올에 비해 사용처가 다양하지는 못하다. 그럼에도 알코올은 적정농도에서 포자 살균 효과가 거의 없지만, 과산화수소는 충분히 고농도라면 포자 소독제로 기능할 수 있다.[10] 주로 자두씨나 초콜릿, 포도 등을 먹었을 때 쓰는 방법이며, 구토하면서 식도에 상처를 입을 수 있는 이물이나 화학약품을 먹었을 때에는 사용하면 안 된다.[11] 자세히 보면 컵에 담긴 액체의 모양이 다르다. 과산화수소는 물질 간의 결합력이 약한 물질이기 때문에 표면 장력이 생기지 않는다. 그래서 아래로 오목하게 들어간 둥근 모양이 생기지 않는 것이다.[12] 자철석은 촉매로 쓰인다.[13] 수득된 황산 암모늄은 다시 2번 과정에 쓰일 수 있다. 암모니아와 황산만 있다면 무한 순환 가능.[14] 이외에도 많은 화학반응식이 있다.