무서운 산화물들과 메탄올, 알코올은 무엇인가

 초등학교 과학실험에서 흔히 사용되는 알코올 램프에 들어있는 맑은 액체, 신축 건물이나 새 가구로 이사할 때 병가 증후군을 일으키는 화학물질, 벌이나 개미 등 곤충에 쏘이면 통증을 유발하는 화학물질 등은 일반적으로 전혀 관련이 없는 별개의 물질이나 현상으로 생각되고 있다..

다만 이 세 가지 현상은 모두 대중들에게 친숙한 물질인 메탄올1의 단계적 산화에 의해 생성되는 포름알데히드(메탄올)와 포름산(포름산)이 원인이다. 이 현상들은 화학적으로 매우 가깝다. 각 물질의 특징과 이러한 물질로 인한 문제점, 그리고 어떻게 대처해야 하는지 화학적으로 해석해 보자.

알코올이란 무엇인가?

화학적으로 알코올은 탄소와 수소가 결합하여 형성된 탄화수소의 탄소에 -OH(하이드록실기)가 부착되어 형성된 탄소 화합물 전체를 가리키는 용어이다. 물론 탄소가 1개일 경우에는 메틸알코올(메탄올)에 근원 Meth-가 첨가되고, 2개일 경우에는 에틸알코올(에탄올)에 에틸-이 첨가되며, 3개일 경우에는 Prop-가 첨가되어 프로필알코올(프로판올)이라는 이름이 붙는다. 붙여넣기 거의 모든 물질, 예를 들어 충치검의 원료로 알려진 자일리톨, 졸리거나 기분이 나쁠 때 발견되는 상쾌한 사탕에 주로 사용되는 소르비톨, 주름개선 화장품에 널리 사용되는 레티놀 등이다. 모든 물질은 알코올이다.

이 알코올들은 자연상태에서 또는 사람에 의해 소비될 때 산화라고 불리는 화학반응을 통해 체내의 다른 화학물질로 전환된다. 산화는 화학 물질이 산소 원자와 결합하거나, 수소를 잃거나, 전자를 잃는 반응이다. 예를 들어, 메탄올은 첫 번째 산화 과정에서 수소를 포름알데히드로 잃는다. 그리고 산소를 얻기 위한 2차 산화 반응을 통해 포름산(포름산)으로 변화한다. 그래서 우리는 병가 증후군을 일으키는 포름알데히드와 벌레에 물린 상처에 붓기와 통증을 일으키는 포름산 둘 다 메탄올에서 나온 화학 물질이라는 것을 알 수 있습니다.

메탄올(CH3)OH(OH)는 자연에서 가장 단순한 알코올로, 탄소 원자 1개, 산소 원자 1개, 수소 원자 4개로 구성되어 있다. 무색, 휘발성, 독성이 있는 액체로 톡 쏘는 냄새가 난다. 반면에 메탄올은 신선한 과일과 채소, 발효 음료, 다이어트 식품에서도 발견된다. 사람, 동물, 식물 등 거의 모든 생물에 자연적으로 존재하기 때문에 혈액, 소변3), 침, 내쉬는 공기 4)에 항상 미량 함유되어 있다. 또한 다양한 세균의 혐기성 대사 과정에서 자연적으로 생성되기 때문에 대기 중에 미량의 메탄올 증기가 존재하며, 대기 중의 메탄올은 며칠에 걸쳐 햇빛의 도움으로 산소와 결합하여 이산화탄소와 물로 전환되어 사라진다.

우리가 가장 흔하게 마주친 메탄올의 적은 초등학교 실험에서 사용된 알코올 램프에 들어있는 액체였다. 어른이 된 후, 저는 자동차 앞 유리를 닦는 데 그것을 워셔액의 주성분으로 사용했습니다. 산업적으로 메탄올은 포름알데히드, 페트병의 플라스틱, 안경렌즈 등의 원료로 사용되며, 다양한 유기 화합물의 원료로 사용된다. 오일 성분이 잘 용해되는 특성으로 인해 잉크 및 염료의 용매, 페인트 및 니스 제거제의 성분, 금속 및 반도체 표면을 세척하는 세정제, 최근에는 연료전지의 원료로 사용되고 있다. 그것은 매우 다용도적이고 값이 싼 중요한 화학물질이다.

그러나 메탄올은 눈과 호흡기에 심한 자극을 줄 수 있으며 태아나 생식력에 손상을 줄 수 있다. 흡입 시 신체의 중추신경계, 소화계, 시신경이 손상될 수 있다. 극소량 흡입 시 가벼운 졸음, 졸음, 현기증을 유발할 수 있습니다. 다만 메탄올 한 잔의 1/3 정도(10ml 정도)를 마시면 메스꺼움, 구토, 간헐적 설사, 복부와 사지에 심한 통증, 간·신장·심장·위·창자·췌장 등에 손상을 줄 수 있다. 소주 반 잔, 즉 15ml 이상을 마시면 실명, 호흡곤란, 사람에 따라 차이가 크다.

작용은 비슷하지만 독성이 훨씬 떨어지는 에탄올에 비해 메탄올은 kg당 단가가 1/3 수준이어서 최근까지 대부분의 자동차용 워셔액으로 사용되고 있다. 다행히 2017년 12월 30일 기준 '화학물질 등록 및 평가에 관한 법률'에 따라 '판매 또는 증여를 목적으로 메탄올 워셔액을 판매·기부·수입·표시·보관·보관할 경우 7년 이하의 징역 또는 2억원 이하의 벌금에 처한다.

다만 메탄올세척기의 독성에 대해서는 보도가 나올 때까지 모르는 사람이 많았기 때문에 통계에는 나오지 않겠지만 메탄올세척기 사용에 따른 독성 피해는 무시할 수 없는 문제가 아니다.

메탄올의 독성을 가장 잘 보여주는 사고는 2016년 6월 17일 인도 뭄바이에서 발생한 메탄올 밀수 사건이다. 문샤인은 알코올에 탄소가 2개인 에탄올에 비해 저렴하고 빠르게 마실 수 있는 메탄올을 이용해 만들어 유통했다. 이를 모른 채 술을 마신 많은 사람들이 구토와 복통, 호흡곤란 등을 호소했고, 90여명이 숨지고 수십명이 실명하거나 중태에 빠졌다.

메탄올의 독성은 간에서 메탄올이 포름알데히드로 처음 산화되기 때문이다. 포름알데히드는 매우 독성이 강하며, 세포를 죽이고, 변이된 세포를 만들거나 단백질을 변성시킨다. 특히 메탄올이 실명과 큰 관련이 있는 이유는 눈에 알코올을 산화시키는 효소가 가득 차 있기 때문이다. 레티날은 시각적인 행동의 큰 축을 담당한다. 이러한 작용을 위해 존재하는 알코올 산화효소가 메탄올을 만나면 포름알데히드를 생성하여 실명하게 된다.

실수로 메탄올을 섭취하게 되면 어떻게 해야 하나요? 독성이 있는 물질인데 그냥 포기할까? 다행히 메탄올은 간에서 분해되는 데 시간이 걸리기 때문에 하루빨리 대형병원에 가서 흡수되지 않은 메탄올을 위세척을 통해 빼내야 한다. 이와 함께 알코올 분해 효소는 메탄올보다 에탄올을 선호하기 때문에 일정 농도 이상 에탄올을 주입할 경우 메탄올의 화학반응을 충분히 늦춰 손상을 최소화할 수 있다.

메탄올은 용도가 많고 필수 물질이지만 독성도 무시할 수 없다. 문제는 메탄올이 알코올 램프의 연료로 매우 쉽게 구할 수 있는 물질이라는 것이다. 초등학교 고학년 아이도 일정 규모 이상의 과학용품 매장에 가서 특별한 제한 없이 구매할 수 있다. 이 상황은 심각한 사고로 이어질 수 있다. 두 아이의 엄마로서, 알코올 램프로 실험을 할 때, 저는 그녀의 아이들에게 실험의 과정이나 결과가 궁금하더라도 그냥 알코올 램프에 가까이 다가가 관찰하지 말라고 말하고 있습니다. 이런 경고들이 일선 학교에도 제대로 전달되길 바란다.

포름알데히드는 메탄올의 산화에 의해 생성된다. 4개의 원자, 1개의 탄소 원자, 1개의 산소 원자, 2개의 수소 원자로 구성된 매우 작고 반응성이 높은 화학 물질(HCHO)이다. 분자 간 흡착력이 약해 -19℃ 이상의 온도에서 무색의 기체로 존재하며, 인화성이 매우 높고 자극적인 냄새를 가진 인화성 화학물질이다. 메타날 또는 포름알데히드라고도 합니다.

포름알데히드는 병가증후군의 원인물질로 널리 알려져 있지만, 사실 일상생활에서 매우 쉽게 만들어지는 물질이다. 예를 들어, 많은 가정에서 요리나 난방에 사용되는 도시가스(천연가스)는 탄소 원자 1개와 수소 원자 4개가 결합된 메탄(메탄, CH4)이다. 이 반응은 또한 포름알데히드를 생성한다.

대부분의 화석연료에는 산소가 부족한 상태에서 불완전 연소할 때 생성되는 탄소가 들어 있으며 담배연기나 자동차 배기가스에서도 발견된다. 아침에 일어나 졸린 듯 일어나 가스레인지를 켜서 식사를 준비하다 빨간 불꽃(불완전한 연소의 특징)을 보면 '아, 오늘 아침에도 포름알데히드로 뇌세포가 죽은 게 틀림없어!'라는 생각이 든다. 창문을 열고 후회하세요.

왜 그렇게 작은 분자, 포름알데히드가 위험한 물질과 동의어가 되었을까? 포름알데히드는 작은 분자 간 결합을 촉진하는 능력이 뛰어나 각종 플라스틱 수지를 만드는 원료로 쓰인다. 그러나 이러한 반응성으로 인해 인체 내 DNA, 단백질, 지질(지질) 간에 비특이적 중합 반응이 일어나 돌연변이 세포가 생성된다. 국제암연구소(IARC)가 1군 발암물질 9)로 분류한 바 있으며, 고농도 포름알데히드에 지속적으로 노출되면 비인두암과 백혈병을 유발할 수 있다. 지난 2000년에는 몸 치료용 방부제로 쓰이던 포름알데히드 223ℓ가 아무런 처리 없이 하수구를 통해 한강으로 배출되는 사건이 있었다.

그렇다면, 왜 그런 위험한 물질인 포름알데히드를 사용하는 걸까요? 포름알데히드는 질소화합물과 반응하여 안정된 요소(10) 비료를 만들며 플라스틱 필름을 제조하는 원료이다. 살균·소독 특성을 살려 살충제, 소독제, 제초제로 널리 사용되고 있으며, 방부제로서의 성능이 우수하다. 금속제품의 부식방지를 위한 코팅 및 단열재로 사용되는 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

푸드코트에서 쉽게 찾을 수 있는 하얀 플라스틱 그릇, 물에 담갔다가 짠 상태로 사용하면 얼룩진 부위를 깨끗하게 씻어주는 매직블록은 포름알데히드계 폴리머로 만들어졌다.