원소 황(黃 Sulfur, S)의 성질과 이용 

• 원자번호：16
• 족：16족(3주기)
• 원자량：32.065
• 밀도：2.07g·cm^-3
• 각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 6
• mp：115.21℃ /  bp：444.6℃

황의 성질

화학반응성이 강한 비금속 원소인 황은 산화제로서 또는 환원제로 작용한다. 지구상에 널리 분포하기 때문에 쉽게 구할 수는 있으나, 지각 성분의 0.06%만을 차지하므로 매장량은 풍부하지 못하다. 황은 온천이나 간헐천, 화산 분화구 근처에서 잘 발견되며, 순수한 황은 부서지기 쉬운 고체이다. 황은 색이 노랗고 낮은 온도에서 녹아 액체처럼 흐르기 때문에 동양에서는 유황(硫黃)이라는 이름으로 불러왔다.

화산 분화구에서 분출되는 가스에는 산화황(SO)과 이산화황(SO₂)이 포함되어 있으며, 이들이 서로 화합하여 순수한 황이 되기도 한다. 화산 분화구 근처에서 발견되는 황은 흔하지 않다. 그러나 공기 중에 포함된 황의 3분의 2는 화산에서 분출된 것이며, 이들은 대기오염의 중요 원인이기도 하다.

황은 아름다운 푸른 불꽃을 내며 연소한다. 황을 영어로 브림스톤(brimstone)이라고도 하는데, 이는 ‘불타는 돌’이라는 의미이다. 황 성분을 많이 포함한 광석은 석고(CaSO₄)와 황화철광(FeS₂, pyrite)이다. 황화철광은 마치 누런 금덩어리처럼 보여 미숙한 탐광자들을 흥분하게 한다. 황은 석탄과 석유 속에도 포함되어 있는데, 이 황은 고대에 생물의 몸을 이루던 성분이다.

지하의 황을 채굴할 때 ‘프래쉬법’이 잘 이용되고 있다. 독일의 화학자이며 광산기술자인 프래쉬(Herman Frasch 1851-1914)는 1868년에 미국으로 이민하여 석유 채굴 등의 광산사업을 하던 중에 황을 쉽게 채굴하는 방법을 1890년대에 개발했다. 그의 이름을 딴 ‘프래쉬법’은 황이 용해되는 115℃ 이상의 뜨거운 물(물을 고압 조건에서 끓임)을 고압 상태로 지하 광맥으로 내려 보내, 고온 고압에 황이 녹아 분출되도록 하여 채굴하는 것이다. 고온의 물을 내려 보내는 관은 3개의 동심원으로 만들어져 있는데, 제일 바깥 관으로는 고온의 물을 보내고, 중간의 관으로는 고압의 공기를 밀어 넣는다. 이렇게 하면 고온에 녹은 황이 중앙의 관으로 올라온다.

115℃에서 녹은 황의 분자는 160~195℃가 되면 이상스럽게 점성도(粘性度)가 평소의 10,000배나 강해진다. 그러다가 온도가 200℃를 넘으면 검붉은 색이 되면서 점도가 차츰 낮아진다.

오늘날 이용되는 대부분의 황은 석유 정제 때 부산물로 얻고 있다. 황은 생명체의 대사반응에도 관여하고 시스테인, 메티오닌과 같은 아미노산(단백질을 이루는 성분)과 티아민(비타민 B), 바이오틴(비타민 B7)의 성분이기도 하다.  

황산의 중요한 용도  

* 황이라고 하면 먼저 화학실험실 약장에 조심스럽게 보관된 황산이 떠오른다. 세계에서 생산되는 황의 약 90%는 이산화황(SO₂) 가스 제조에 쓰인다. 성냥을 켤 때 풍기는 독특한 냄새는 이산화황 때문이다. 이 가스의 대부분은 물과 결합시켜 황산(H₂SO₄) 제조에 쓰이고, 일부는 음식물 보존에 이용된다. 이산화황은 곰팡이와 세균을 죽이는 성질이 있기 때문에 포도주나 건과일 보존에 이용되고 있다. 일부 사람은 이산화황에 알레르기 반응을 일으키므로 상표를 잘 읽어 확인해야 한다. 이산화황은 종이제조에 쓰는 펄프를 탈색할 때도 이용한다.

* 순수한 황산은 냄새가 없는 기름 같은 액체이다. 황산은 물과 매우 빨리 결합하는 성질이 있다. 그러므로 유기물에 황산을 넣으면 금방 탈수작용을 하면서 대량의 열을 발생시킨다. 예를 들어 설탕에 황산을 첨가하면 맹렬하게 거품이 나면서 검은 탄소 덩어리로 변한다. 황산을 다루는 사람은 피부에 묻지 않도록 절대 조심해야 한요. 황산이 피부에 떨어지면 아무리 빨리 물로 씻어내도 심한 화상을 입으며 물집이 생긴다. 

* 황산은 화학공업에서 워낙 많은 양이 사용된다. 황산을 특히 대량 소비하는 곳은 인산비료 공장이다. 인이 포함된 암석을 황산으로 녹이면 식물이 흡수할 수 있는 과인산염이 생겨난다.

* 황산은 자동차 배터리 제조에도 다량 사용되며, 황산 용액에 녹슨 철을 담가두면 녹이 녹아버린다. 이를 ‘산세척’(酸洗滌 pickling process)이라 한다.

* 산성비의 주범은 황산이다. 이것은 석탄이나 석유를 태울 때 그 속의 황이 산소와 결합하여 이산화황이 되었다가, 수증기나 빗방울에 녹아 황산이 된 것이다. 이렇게 생겨난 황산이 많이 포함된 빗물이 산성비이다.

* 황화수소(H₂S)의 냄새는 썩은 계란에서 맡을 수 있다. 이 냄새는 계란 노른자를 이루는 단백질 속의 황 성분이 세균에 의해 분해되어 나오는 것이다. 황화수소는 유독하기로 소문난 시안화물보다 더 맹독하다. 이 가스는 호흡기관의 효소를 파괴시키며, 소량을 마시더라도 두통과 구토증이 발생한다. 

위에서 말한 것 외에도 황과 황 화합물은 고무, 세제, 염료, 합성섬유, 성냥, 흑색화약, 살충제, 살균제 등의 제조에 이용된다. 그러므로 화학계에서는 “국민 1인당 황 소비량은 그 나라 산업 발달의 척도가 된다.”는 말도 하고 있다.