불소는 지구 표면보다는 지하로 내려갈수록 많이 포함되어 있어 온천이나 광산지역 또는 화산활동이 있는 지역 등에서 많이 발견되며, 일반적으로 쉽게 접할 수 있는 원소가 아니지만 치약의 성분으로 사용되어 상당히 친근감이 느껴진다. 불소는 그 존재가 상당히 오래 전부터 알려졌으나 그에 대한 연구는 별다른 진전이 없다가 제2차 세계대전 중에 미국에서 원자폭탄을 제조하기 위하여 우라늄의 동위원소를 분리할 목적으로 다량의 불소를 취급하게 된 것을 계기로 급격히 발전하게 되었다. 오늘날 불소는 각종 합성수지 제조 및 금속공업이나 요업(窯業) 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.
불소는 자연계에서 단독으로 존재하지 않고 다른 원소와 결합된 화합물의 형태로 발견되며, 가장 흔한 불소 광물은 형석(螢石)이다. 유럽에서는 이미 16세기경에 형석을 광업이나 유리가공 등에 이용하였으며, 형석에 대하여는 ‘광산학의 아버지’라고 불리는 아그리콜라(Georgius Agricola)의 1529년 저서에서 잘 묘사되어 있다. 아그리콜라는 독일인으로 원래 이름은 바우어(Georg Bauer)였으나, 후에 라틴식으로 이름을 변경하였으며, 그가 1556년에 라틴어로 발간한 <데레메탈리카(De re metallica)>에는 광산 및 금속의 정제법에 관한 모든 것이 집대성되어 있다.
형석은 영어로는 ‘플로라이트(fluorite)’라고 하고, 16세기 독일의 광산노동자들 사이에서는 ‘플루오르스파(fluorspar)’라고 불렸으며, 철이나 알루미늄을 녹이는 융제(融劑, flux)로 사용하였다. 형석의 주성분은 칼슘플로라이드(CaF2)이며, 일부에서는 아직까지도 형석을 플루오르스파라고 부르고 있다. 이 광석은 열을 가하면 쉽게 녹아 내렸기 때문에 라틴어로 ‘흐른다(to flow)’는 의미의 ‘fluere’에서 유래되어 ‘플루오르(fluor)’라는 명칭이 붙었으며, ‘스파(spar)’는 쉽게 깨져 평평한 표면을 만들며 유리와 같은 광택을 내는 비금속 광물을 표현할 때 광물학자들이 사용하는 일반적인 이름이다.
불소는 모든 원소 중에서 반응성이 가장 높아 단단한 결합을 형성하므로 쉽게 분리할 수 없고, 독성이 강하여 초기의 연구자들을 죽음으로 이끌었기 때문에, 그 존재가 알려지는 데는 오랜 시간이 걸렸다. 일찍이 스웨덴의 셸레(Carl Wilhelm Scheele)가 1771년에 플루오린화수소산(hydrofluoric acid, HF)을 불순물이 혼합된 상태로 발견하였으나, 순수한 불소를 분리하기까지는 그로부터 100여 년이 걸렸으며, 프랑스의 무아상(Ferdinand Frederic Henri Moissan)이 1886년에 최초로 성공하였다. 그는 불소를 최초로 분리하고 ‘무아상 전기로(電氣爐)’라 불리는 금속 정제용 노(爐)를 개발한 공로로 1906년에 노벨 화학상을 수상하였다.
프랑스의 앙페르(André Marie Ampère)는 1809년 형석을 원료로 플루오린화수소산을 얻은 후 이것이 지금까지 알려지지 않은 할로겐 원소와 수소의 결합물이라고 주장하며, 1811년에 이 원소의 이름을 형석(fluorspar)에서 따와 ‘플루오린(fluorine)’이라고 제안하였다. 그 후 그는 플루오린화수소산이 금과 백금을 제외한 모든 금속 및 유리를 부식시키므로, 그리스어로 ‘파괴적인’이란 의미를 갖는 ‘phtora’에서 따와 ‘phthorine’이라고 이름을 변경하였다. 그러나, 영국의 데이비(Humphrey Davy)는 이 이름에 동의하지 않고 1813년 이후 계속하여 플루오린(fluorine)이란 이름을 사용하였으며, 대다수의 국가에서는 플루오린에서 유래한 명칭이 정착되었다.
불소의 원소기호는 ‘F’이며, 원자번호 9이고, 원자량은 19.00이다. 우리나라에서는 불소 또는 독일어식 표기인 플루오르(fluor)가 일반적으로 사용되고 있으나, 국제순수및응용화학연맹(IUPAC) 및 대한화학회에서 공식적으로 인정한 이름은 ‘플루오린(fluorine)’이다. ‘불소(弗素)’라는 이름은 일본어에서 온 것으로서 플루오린의 첫 자를 한자의 비슷한 발음이 나는 ‘불(弗)’로 표기하고, 원소를 나타내는 ‘소(素)’를 붙여서 만든 단어이다. 이는 프랑스(France)를 첫 자의 발음에서 따온 ‘불(佛)’과 나라를 의미하는 ‘국(國)’을 합쳐서 ‘불국(佛國)’이라 부르는 것과 같은 경우이다.
불소가 인체와 관련하여 주목을 받기 시작한 것은 1908년 미국의 치과의사 맥케이(Frederick McKay)가 콜로라도의 온천지역 주민 중 치아 색이 갈색이지만 충치가 거의 없는 사람들이 많은 것을 발견하고 음료수 내에 어떤 성분이 있기 때문이라고 보고한 것이 시초이다. 그 후 그 성분이 불소인 것이 밝혀졌고, 미국의 딘(Henry Trendley Dean)은 1931년부터 1939년까지 미국 내 21개 도시의 아동들을 대상으로 실시한 조사에서 음료수 중에 약 1ppm의 불소가 존재하면 인체에 영향이 없으면서도 충치가 약 60% 정도 감소된다는 사실을 발견하였다. 그의 이 연구는 충치 예방에 불소를 광범위하게 이용하는 계기가 되었다.
딘의 연구 이후 충치 예방을 위하여 수돗물에 불소를 첨가하는 방안이 검토되었고, 1945년 1월 세계 최초로 미국 미시간주의 그랜드래피즈(Grand Rapids)에서 수돗물에 1mg/L(1ppm)의 불소를 첨가하였다. 그 후 수돗물 불소화 사업은 전세계의 여러 도시로 확대되었으며, 우리나라에서는 1980년 보건사회부 훈령으로 규정을 만든 후 1981년 진해시에서 시범적으로 실시하였다. 그 후 수돗물 불소화 사업을 실시하는 자치단체가 증가하여 2005년 9월의 국정감사 자료에 따르면 243개 기초지자체 중 25개 시•군에서 실시하고 있는 것으로 나타났다.
그러나, 불소의 인체 유해성 및 부작용, 충치 예방 효과에 대한 논란, 인간의 선택권 보호 등을 이유로 소비자단체 및 환경단체를 중심으로 반대 운동이 일어났으며, 이에 따라 수돗물 불소화 사업은 점차 중단되어 가는 추세이다. 유럽의 경우는 대부분의 국가에서 중단되었으며, 가장 먼저 추진하여 가장 오랫동안 실시하고 있는 미국에서도 최근 찬반 논란이 진행되고 있다. 우리나라의 경우는 보건복지부를 중심으로 충치 예방을 위하여 전면적인 확대를 추진하고 있으나 시민단체 등의 반대 때문에 진척되지 못하고 있으며, 일부 시•군에서는 자체적으로 사업을 중단하는 등 수돗물 불소화 사업에 대한 논란이 계속되고 있어 국민적인 합의가 필요한 상황이다.
독성에는 급성독성과 만성독성이 있으며, 불소는 급성독성을 나타내는 반수치사량(LD50)이 52mg/kg으로서 독성물질에 해당한다. 그러나, 이 양을 몸무게 60kg의 성인으로 환산하면 3.12g에 해당하며, 일상적으로 생활 주변에서 접할 수 있는 불소 화합물로는 섭취 불가능할 만큼 많은 양이다. 따라서, 불소의 독성을 이야기할 때에는 보통 만성독성을 의미하며, 수돗물 불소화 사업을 반대하는 사람들이 그 근거로 제시하는 자료들도 모두 만성독성에 관한 것이다. 그러나, 이런 실험에 사용된 불소의 농도는 보통 수십에서 수백 ppm 정도로서 수돗물에 첨가되는 불소 농도 1ppm 정도와는 상당한 차이가 있어 현실성이 없는 것이 보통이다.
불소는 인체 내에 아주 소량만 존재하는 미량무기질로서 현재까지는 치아의 법랑질(tooth enamel)을 형성하여 충치를 예방하는 것과 관련된 기능만이 밝혀져 있고, 결핍 시에도 충치가 증가한다는 것 이외에는 다른 증상이 없어 사람의 생명 유지에 꼭 필요한 물질이 아니므로 필수미네랄로 인정할 수 없다는 주장도 있다. 그러나, 건강한 치아는 음식물의 소화, 흡수를 도와 영양 공급에 중요한 역할을 하며, 치아 이외에도 골격과 같은 조직에서도 불소가 발견되고 있어 아직까지 밝혀지지 않은 기능이 있을 것으로 기대되어 일반적으로는 필수미네랄에 포함시키고 있다.
불소는 공기보다 약간 무거운 연녹황색 기체로서 자극적인 냄새가 있으며, 독성이 강하여 아주 낮은 농도를 제외하고는 흡입할 경우 생명이 위험하다. 그러나, 일반인이 불소 가스를 접할 기회는 거의 없고 대개는 화합물의 형태로 접하게 된다. 음용수 이외에 불소가 가장 많이 사용되는 것은 치약이며, 불소가 함유된 치약에는 “어린이의 손에 닿지 않는 곳에 보관하고, 만일 많은 양을 먹었을 경우에는 의사와 상의해 주십시오” 등의 주의 문구가 기록되어 있어 상당히 위험한 물질인 것처럼 생각된다. 그러나, 일상적으로 섭취하는 수준의 불소 정도로는 큰 위험은 없다.
불소는 대부분의 식물과 동물의 조직에서 발견되며, 바닷물의 불소 농도가 약 1.3ppm이어서 특히 해조류와 생선에 많이 함유되어 있다. 그러나, 대부분의 식품에서 불소 함량은 0.5ppm 미만이며, 불소가 함유된 식수를 마시는 성인이라도 하루에 섭취하는 불소의 양은 1~3mg 정도라고 한다. 불소를 섭취하였을 경우 인체에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 충분하지 않으며, 적정섭취량도 정해지지 않았다. 한국영양학회에서 2005년에 발표한 한국인영양섭취기준에 의한 불소의 일일 충분섭취량은 9세 이상 남자의 경우 2.0~3.5mg이고, 여자는 2.0~3.0mg이다. 상한섭취량은 남녀 모두 10mg이다. |
