암모니아

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1. 개요2. 상세


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1. 개요[편집]

영어 : Ammonia / Ammonium / Azane
분자식 : NH3

1개의 질소와 3개의 수소가 결합하여 만들어진 알칼리성의 화합물이다. 몇 달 동안 청소 한 번도 안 한 공중화장실에서 나는 냄새 [1] 로 유명하며 인체에 매우 해로운 독극물로 알려져 있다. 반면 프레온과 함께 인류를 폭염괴혈병에서 구해준 물질이기도 하다.[2] 현재 가장 많이 생산하는 물질 중 하나며 이온 결합음이온으로 작용하면 '암모늄'이라는 이름으로 바뀐다.

암모니아는 이미 오래 전부터 그 존재가 알려졌다. 기록에 따르면, 고대 이집트에서 염화암모늄이 태양신인 암몬의 사원 주변에서 많이 나와 이 가루를 '암몬의 소금'이라고 부른 데서 이름이 왔다 카더라.
1774년에는 조지프 프리스틀리라는 한 성직자가 이 기체를 따로 분리하는 데 성공하였고 암모니아의 존재를 널리 알리는 데에 큰 공헌을 하여서 어찌 보면 발견자인 셈이다.
1880년대부터 이 기체를 대량생산하는 데 돌입했으나 석탄을 건류하는 과정에서 발생한 부산물로 얻어내는 까다로운 방법으로는 대량생산을 할 수 없다고 판단, 이를 연구한 프리츠 하버카를 보슈 박사는 질소와 수소를 직접 반응시키는 방법으로 암모니아 합성에 성공하였다. 이로써 연 9천 톤의 암모니아를 대량 생산하게 되면서 둘은 각각 1918년, 1931년에 노벨상을 받았다.[3]

2. 상세[편집]

가장 많이 생산되는 물질답게 쓰이는 곳도 많다. 무엇보다 비료의 재료이고, 폭약도 거진 질소화합물로 만드니 매우 중요한 군수물자로 취급 받는다. 이거 대량생산하기 전에는 죽어라 유기물을 모아다 삭히거나 땅을 놀려야 했고, 화약을[4] 만들려면 죽어라 땅을 긁거나 오줌을 모아야[5] 했다. 그런데 암모니아를 대량생산하자 거의 무제한의 비료공급이 가능해 이른바 녹색혁명이 일어났고 폭약도 안정적으로 대량생산하게 되었다. 옛날부터 냉매로 쓰여왔고 현재도 다양한 산업분야에 이용되고있다.

암모니아는 수소 결합으로 에 잘 녹는다. 상온에서 30%, 물의 어는점에서 최대 45%까지 녹는 성질을 보인다. 물 뿐만 아니라 에탄올, 에테르에도 굉장히 잘 녹는다. 이런 암모니아의 성질을 이용해 암모니아의 유출시 물에 용해시킬 수단을 강구하기도 한다.

중학생이라면 누구나 과학실습을 통해 이 기체에서 엄청나게 고약한 냄새가 난다는 것을 알 수 있다. 맡아본적 없는 위키러를 위해 설명하자면 물속에서 코로 숨쉬는 냄새(...)가 난다. 그냥 염색약 냄새를 떠올리면 되잖아! 이런 냄새는 화장실에서도 확인할 수 있는데 모두 소변과 대변에서 나온다. 20세기에 지은 공중화장실에 가면 제대로 맡을 수 있다. 한편 이런 화장실에 물을 뿌리면 냄새가 줄어드는데, 암모니아는 물에 매우 잘 녹는 기체이기 때문이다.

소변에서 이러한 냄새가 나는 이유는 섭취한 단백질이 분해할 때 생성된 암모니아가 소변에서 미량 섞여 나오기 때문이기도 하지만[6] 소변의 요소가 분해돼 암모니아가 나타나기 때문이다.

암모니아 자체를 중화시키는 성질을 가진 유기산류 용액을 살포하면 일단 냄새는 없어지지만 이로 인해 2차적인 오염이 생기므로 좋은 방법은 아니다. 또 다른 방법으로는 암모니아가 물에 잘 녹는다는 성질을 써서 분무기로 물을 뿌려도 된다. 그리 효과가 크진 않다 카더라.

위에도 적었지만 인체에 매우 해롭다. 암모니아 용액은 당연히 마시거나 피부에 닿아서도 안 되고, 심지어 기체를 흡입해도 치명적이다. 피부나 점막에 닿을 경우는 암모니아의 수용액 상태인 수산화암모늄이 비누화 반응으로 세포막을 녹여버리고,[7] 체액 안에서는 체액의 염기성화로 인해 효소 활성을 저해시켜 몸의 대사를 망가트려 버린다. 특히나 암모니아 농도가 높아질수록 TCA 회로의 중요 물질에 해당하는 케토글루타르산은 체내의 암모니아가 이온화된, 암모늄 이온과 반응해 글루탐산[8]으로 전환되는 역반응이 더 활발해지므로 우리 몸은 에너지를 생산하는데 있어 중요한 케토글루타르산이 없어지므로 점점 에너지 생산에 애로사항을 겪게 된다.[9]

인체에 해로운데도 몸의 단백질 대사 산물로서 암모니아가 자연스럽게 생성된다. 설명이 되어 있지만 독성이 강하므로 사람의 경우에는 오줌에 들어 있는 요소의 형태로 바깥으로 배설한다. 단백질을 구성하는 아미노산에는 질소가 포함된 아미노기(-NH2)가 달려 있기 때문에 단백질 대사 작용의 노폐물로서 생성되는 거다. 아미노산을 에너지원으로 사용하기 위해 탈아미노화 반응, 새로운 종류의 아미노산을 만들어내기 위해 전이반응 등등을 거치면서 아미노기를 떼냈다가 붙였다가 하면서 암모니아가 나오게 되는데, 독성이 강해 이것을 어떻게 운반하는지도 중요하게 된다. 이것을 '오르니틴 회로'라고 하며 아미노산인 오르니틴과 결합해 시트룰린, 아르기닌으로 전환된뒤, 아르기나아제란 효소로 인해 오르니틴과 요소로 최종 산물이 되며, 이 요소는 신장으로 운반되어 배출이 된다.

염기성인 만큼(염기성 물질은 단백질을 손상시킨다.) 그대로 냄새를 맡으면 코 안의 점막이 손상되고 코피를 쏟을 수 있으니 냄새를 맡을 때는 손으로 부채질하여 맡아야한다. 당장 삭힌 홍어냄새만 맡아도 구린내보다는 독함 때문에 코가 와사비처럼 시큼하고 아플 정도다. 또한 실험 중 암모니아수가 담긴 병에 코를 대고 냄새를 맡았다가 기절하여 응급실에 실려간사례도 있으니 주의하자.

위키백과에 따르면, 마실 때 식도에 심각한 화상을 입어 사망할 수도 있으며, 흡입할 때 가 타는 듯한 느낌이 들고 심하게 머리가 아프며 후두염이나 후두암이 날 수 있다고 한다. 또한 피부에 접촉하면 3도 화상을 입고 염증을 일으키며 피부를 거쳐 암모니아를 흡입해도 피부염이 일어날 정도다.[10] 그러니 냄새나는 화장실에서 괜히 오래 버티고 있지 말자.

이 때문에 몇몇 나라에서는 암모니아 기체를 살상무기 개발이나 사형 집행에 썼다고 하며 불쌍한 실험 대상은 고통 속에서 몸부림치며 숨져갔다. 화장실 냄새를 맡으며 죽는다니... 오늘날, 대부분의 국가에서 사형 집행에 암모니아의 사용은 금지한다.[11]

암모니아 용액은 알칼리성을 띤다. pH 11.5이며 이온화 상수는 1.77×10^-5으로 대표적인 약염기 물질이다.[12] 알칼리성인 물질은 단백질을 매우 잘 녹이거니와[13] 그 자체가 독극물이니 절대 마시거나 흡입하거나 하지 말자.

질소화합물 중 많은 것이 그렇듯 잘못 관리하면 터진다. 암모니아를 쓴 냉장시스템이 정숙성이나 기타 여러 면에서 우수한데도 불구하고 프레온에 밀린 이유 중 하나다. 2012년에 난 냉동공장 폭발사고만 봐도 알 수 있다. 또한 2014년 2월 13일에는 경기도 남양주 도농동에 있는 빙그레 제2공장에서 배관의 암모니아가 폭발해 1.5톤의 암모니아가 유출되는 사고도 일어났다. 안타깝게도 직원 1명이 잔해 속에서 사망한 채로 발견되었고 일부 주민들도 눈에 통증을 호소, 병원치료도 받았다고. 제2공장에서 일해본 사람에 따르면 기계가 79년산이라 낡고 단종모델이라서 직원분들이 고생한다고 한다.#

홍어, 돔배기, 하우카르틀과 같이 연골어류[14]가 주성분이거나 수르스트뢰밍, 푸욱 삭힌 젓갈처럼 단백질을 아주 많이 분해시킨 음식에도 있다. 마시거나 흡입하지 말라며? 매우 독한 냄새 때문에 이들 음식을 꺼리는 사람도 많지만, 바로 그 매력 때문에 즐기기도 하는 만큼 그런 발효식품들의 아이덴티티이기도 하다. 암모니아가 유독해도 그 양이 공업용/실험용으로 정제한 것에 비해서는 극미량이니 저런 걸 먹는다고 몸에 무슨 문제가 생기지는 않는다. 그래도 인체 기준으로는 염기성이 상당히 센 음식들이니 너무 먹다가 나 구강 내부 살갗이 벗겨지는 일은 있다.

심각한 간질환 중에 하나인 간경화간암에 따라오는 간성혼수가 있는데, 이는 이 암모니아같은 독성물질들을 제대로 처리하지 못해서 혈중 암모니아 농도가 높아져서 생기는 병이다. 그 와중에 암모니아 같은 독성물질들이 신체 전반에 영향을 끼쳐서 심각한 알코올 중독과 상태가 같게 된다. 사실 고도의 알코올 중독 환자들 중에서도 간경화간암을 가지는 환자들이 많고, 거기에 암모니아가 혈중에 돌아다니는 간성혼수까지 겹치면 의사들조차도 답이 없다.

미생물을 이용해 암모늄을 분해하는 공정을 아나목스라고 부른다.

[1] 그냥 오줌 찌린내랑은 매우 다르다. 공장 등에서 암모니아를 취급할 때는 아예 전용 환풍장치까지 동원해가는데 실수로 숨을 들이쉴 때 같이 들이쉬면 냄새 수준이 아니라 코에 직격으로 꽂아내려 뻥 뚫리게 한다는 느낌이 뭔지 경험해볼 수 있다. 심지어 들이마시고 주저앉는 사람도 있으니 뭐..[2] 후술된 내용과 냉장고 항목 참조.[3] 단, 하버는 열역학적인 원리로 수소와 질소를 최초로 합성하는 데 성공하였고, 보슈는 이러한 방법을 공업적인 방법에 적용하여 대량생산을 이뤘다. 그런데 그 방법이 530℃의 온도와 약 200기압의 압력, 산화철+세륨+크로뮴 촉매라니 흠좀무.[4] 질산(초산)은 자연적으로 매우 얻기 힘들다.[5] 당장 오줌을 모은다고 되는 것도 아니고 좀 삭히거나 하는 공정을 거쳐야 한다. 보통 땅에 뿌려서 초산을 긁어냈다. 실제로 이 용도로 군인들의 오줌을 상당수 모았다고 한다.[6] 물론 이대로 나가면 큰일나니 연골어류를 뺀 대부분의 동물들은 암모니아를 요소나 요산으로 바꾸어 체외로 배출한다. 하지만 모든 암모니아가 요소로 바뀌지는 않으니 미량의 암모니아는 그대로 오줌으로 나온다. 게다가 미량이라도 악취가 엄청 세다.[7] 비누화반응은 염기 촉매 하에서 에스터를 알코올과 카복시산의 음이온으로 나누는 반응인데, 지방은 지방산들이 알코올인 글리세롤에 결합한 에스터이다. 따라서 염기성인 암모니아 수용액에 닿으면 소수성에 속하는 지질 막이 염기로 인해 수용성으로 전환되면서 벌어지는 일이다. 즉, 세포를 외부와 분리하는 벽이 벽의 단단함을 약화시키는 물질의 첨가로 인해 순식간에 허물어진다고 생각하면 쉽다.[8] 중추신경의 신경전달물질이며, 글루탐산 탈수 효소로 인해 암모늄과 케토글루타르산으로 전환된다.[9] 이로 인해 초기엔 피로감을 느끼며, 시간이 지날수록 의식장애와 혼수상태를 유발한다.[10] 다만 역도 선수의 경우는 시합 전에 암모니아 가스 미량을 흡입한다. 순간적으로 고도의 집중력을 끌어올려주기 때문이라고. 물론 어디까지나 '미량'이다. 화장실에서 똥오줌 싸면서(...) 공부하면 잘한다는 속설도 암모니아 때문이라는 썰도 있다.[11] 중국인도는 사형 집행에 암모니아를 쓴다고 한다. 다만, 죄인이 고통스럽지 않게 농도가 낮은 기체를 살포하여 천천히 죽인다니 흠좀무.[12] 가끔 암모니아가 유독하다고 강염기인 줄 아는 사람이 있는데 아니다. pH는 수소이온농도의 음의 상용로그 값으로 표시한 것이다. 즉 1 올라갈 때마다 10배씩 증가한다. 참고로 pH 7의 양성자이온 농도는 1*10^-7 M이다.[13] 염기성과 산성 모두 살짝만 PH변화가 일어나도 치명적이다. 단순히 효소의 활성을 떠나 pH의 균형 변화는 곧 이온불균형을 뜻하며 신호전달체계가 마비된다.[14] 어류는 암모니아를 요소요산으로 바꾸지 않고 그냥 물 속에 배출한다. 그 중에서도 연골어류는 몸 속에 암모니아를 축적하는 경향이 있다.

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