뿌리혹병과 붕산
붕사를 비롯한 붕소 화합물은 세제로 많이 쓰인다. 붕사도 양이 많아지면 독성을 띤다. 미국에서는 이 물질을 음식에 쓰지 못하도록 금지하고 있지만 다른 몇몇 나라에서는 붕사를 캐비아((Caviar)에 넣기도 한다. 붕사를 넣으면 캐비아가 더 달고 씹는 맛도 좋아진다. 하지만 캐비아를 지나치게 먹어서 중독될 걱정은 하지 않아도 될 것 같다. 최상품 캐비아로 치는 용상어의 알은 400g에 40만원이 넘기 때문이다. 물론 캐비아 포장에 붕사가 첨가 됐다는 말은 적혀 있지 않다.
일반적으로 배추농사의 뿌리혹병은 산도 부적절과 붕소 부족에서 시작된다. 우리나라와 같이 비가 많고 뜨거운 날이 계속되면 붕소는 토양에서 이탈하여 뿌리혹병, 뿌리 갈라짐, 배추 등의 엽채류 검은점 등 불량한 생리현상을 일으키고 있다. 붕소는 RNA 중 Uracil 형태의 염기 형성에 중요한 성분이다. 붕소는 세포발육과 신장, 탄수화물 대사, 아미노산 형성, 단백질 합성등 식물 생장에 필수적인 미량원소이다.
붕소는 결핍증상이 유발되는 최저 한계점부터 과잉증상이 유발되는 최고 한계점까지의 적정영역 범위가 다른 미량원소보다 좁아 조금만 과다하게 시비하여도 과잉증상이 발현되는 특징이 있다. 인삼은 여타의 작물과 마찬가지로 생육과 발달에 붕소를 필요로 하지만 그 양은 매우 제한적인 것으로 알려져 있다. 그러나 건조하고 척박하며 붕소 함량이 적은 포장에서 인삼 뿌리 중심부가 갈색 또는 흑갈색으로 변하면서 구멍이 생기는 생리장해 증상인 은피가 발생한다는 보고가 있다. 우리나라 토양은 일반적으로 붕소 함량이 낮은 편이나 최근 과수 및 채소 등 을 재배하며 붕소 시용이 증가함에 따라 붕소가 점차 토양에 누적되고 있어 붕소 과잉 증상이 나타날 수 있는 토양 조건이 형성되고 있다.
1. 붕소(B)
비금속원소. 원소기호 : B 원자번호 : 5 원자량 : 10.81 녹는점 : 2300℃ 끓는점 : 2550℃ 비중 : 1.73(비결정성)
붕사 등 붕산염은 오래 전부터 알려졌는데, 1720년 붕사와 황산에서 붕산을 얻었고, 1807년 영국의 H.데이비가 붕산을 전기분해하여 홑원소물질로서 처음으로 추출하였다. 그는 처음에 붕산 boric acid의 이름을 따서 boracium이라는 이름을 제안하였으나, 그 성질이 탄소 carbon과 비슷하기 때문에 boron이라 부르게 되었다.
【존재】 자연계에 홑원소물질로서는 존재하지 않으나, 붕산 또는 붕산염으로서 널리 분포한다. 붕산염광물로는 붕사를 비롯하여 커나이트·코토아이트·수안석(遂安石)·자이벨리아이트 등이 있다. 또, 바닷물 속에도 소량이 함유되어 있다. 클라크수 0.001로 제41위이다.
【성질】 금속광택이 있는 단단한 흑색 고체로, 전기의 반도체이다. 굳기는 9.3으로 금강석 다음이며, 탄화붕소보다 단단하다. 화학적 성질은 규소와 비슷하여, 그다지 활발하지 않다. 진한 염산이나 플루오르화수소와는 가열해도 작용하지 않고, 뜨거운 진한 질산이나 황산과는 약간 작용하여 붕산이 된다.
플루오르와는 상온에서, 염소와는 41℃에서, 또 브롬과는 71℃에서 직접 반응하며, 요오드와는 반응하지 않는다. 산소 속에서는 700℃에서 빛을 발하면서 연소하고, 황과는 600℃에서 반응한다. 질소 또는 암모니아와 가열하면 질화붕소가 되고, 탄소 ·규소와는 고온에서 반응하여 붕소화물이 된다.
【제조법】 붕소를 산화붕소로 만들어, 산화마그네슘과 함께 융해 플루오르화마그네슘에 녹인 것 등을 써서 전기분해하면 분말이 생긴다. 순도(純度)는 약 99.70%이다. 또, 산화붕소를 나트륨이나 마그네슘 등으로 환원시키면 흑회색의 비결정 붕소가 생기는데, 이 경우는 순도가 낮다.
【용도】 홑원소물질로서는 별로 쓰이지 않고, 철과의 합금인 페로붕소는 제철공장 등에서 탈산제(脫酸劑)로 사용된다. 또, 열중성자 흡수 단면적이 크므로, 화합물을 만들어 중성자 흡수제로 쓰이는 외에, 유리의 원료를 비롯하여 붕산염으로서의 용도 등 다양하다.
2. 붕사
사붕산나트륨 10수화염(Na2B4O7·10H2O) 굳기 : 2∼2.5 비중 : 1.715 색깔 : 유리광택천연산을 정제하거나, 커나이트를 물에 넣어 끓인 후 재결정(再結晶)시키거나, 코르만석·울렉사이트·브라이세아이트 등에 탄산나트륨을 직접 작용시키거나 일단 붕산을 만든 다음 중화 결정시켜서 얻는다. 천연으로는 온천의 침전물, 화산지대의 호수 침전물 등으로 산출되며, 틴카르라는 이름으로 티베트에서 산출되고, 미국 캘리포니아의 염호(鹽湖) 등에서 붕산염의 중요 자원으로 산출된다.
【성질】 화학식 Na2B4O7·10H2O. 단사정계(單斜晶系)에 속하는 무색의 판상(板狀) 또는 단주상(短柱狀) 결정이다. 굳기 2∼2.5로, 쪼개짐성[劈開性]이고 무르며, 유리광택이 있다. 비중 1.715이다. 결정에는 10분자의 물을 함유하며, 350∼400℃로 가열하면 결정수(結晶水)를 잃고 팽창하여 무수물이 된다. 계속 가열하면 878℃에서 융해하여 투명한 유리상이 되는데 이것을 붕사구슬이라 한다.
이 붕사구슬에 금속을 부착시켜 불꽃 속에서 강하게 가열하여, 그 색에 의하여 정성분석을 하는 것이 붕사구슬반응이다. 용해도는 20℃에서 물 100g당 4.7g이다. 공기 중에 방치하면 서서히 풍화되어 백색 분말이 된다. 알코올에는 녹지 않지만, 글리세롤에는 녹는다.
【용도】 붕사구슬반응으로 정성분석에 이용되며, 붕산이나 붕규산유리·특수유리, 도자기의 유약(釉藥) 원료, 의약품·화장품·세제 등에도 사용된다.
3. 붕산
(H3BO3)
산화붕소 B₂O가 수화(水和)되어 생기는 산소산. 오르토붕산·메타붕산·사붕산을 총칭하는데, 보통 붕산이라 하면 오르토붕산을 가리킬 때가 많다.
① 오르토붕산:화학식 H3BO3. 무색 투명하거나 또는 백색 광택을 가진 인편상(鱗片狀)의 결정이다. 냄새는 없으며, 특유한 맛이 약간 난다. 녹는점 184~186℃, 비중 1.49. 100g의 물에 3.992g(20℃), 40g(10℃)이 녹는다.
수용액에 쿠르쿠마의 황색시험지[薑黃紙]를 적시면 갈색이 되고, 100℃에서 말리면 적색이 되므로, 이 반응은 붕산의 검출에 이용된다. 또, 알코올 ·글리세롤 등에도 녹으며, 알코올 용액에 점화하면 붕산과 알코올에 의하여 생긴 에스테르가 불꽃 속에서 분리하여 녹색 불꽃을 만들므로 이 반응도 붕산의 검출에 이용되는 경우가 있다. 100℃로 가열하면 1분자를 잃고 메타붕산이 되고, 더 가열하면 140℃에서 사붕산으로, 적열(赤熱)에 의하여 산화붕소로 변한다.
천연산의 붕산염, 특히 붕사 Na2B4O7에 황산 H2SO4 등 무기산(無機酸)을 작용시키면 생기는데, 온도에 따라 물에 대한 용해도의 차가 매우 크므로, 그 성질을 이용하여 정제·분리시킬 수 있다.
Na2B4O7+H2SO4+5H2O → Na2SO4+4H3BO3 붕규산유리, 도자기의 유약, 법랑(琺瑯) 등의 원료가 되며, 또 비타민 B2나 루틴 등의 주사제에 가하여 용해를 촉진시키기도 한다. 많이 마시면 위험하며, 치사량은 성인 약 20g, 어린이 약 5g이다.
② 메타붕산:화학식 HBO2. 세 가지 이성질체의 존재가 알려져 있다. 물에는 매우 서서히 녹으나, 알칼리 수용액에는 잘 녹는다. 수용액은 오르토붕산과 같은 성질을 가진다. 오르토붕산을 가열 ·탈수하면 생긴다.
③ 사붕산:화학식 H2B4O7. 피로붕산 ·테트라붕산 등이라고도 한다. 유리상 물질로서 알칼리금속염은 안정하다. 오르토붕산을 140℃에서 40시간 가열하면 생긴다.
뿌리혹병 방제를 위해서 붕산 30ppm H3BO3 수용액 1,000리터를 제조하는 방법은? 단, 사용할 붕산은 H3BO3 61.86이다. B의 원자량은 10.8이다. 30ppm B+3 수용액 1,000L에 들어 있어야 할 B+3 이온 양은 30g이다. 붕소화합물 H3BO3은 1×3+10.8+16×3=61.86 H3BO3 61.86g 중 필요한 B의 양은 17.5% 가 된다. 즉, 166.6g 을 넣고 1,000L 의 상단에 표시된 선까지 물을 가한다.
