과산화 수소(過酸化水素),Hydrogen peroxide, H2O2

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2025. 3. 5. 13:19

과산화수소(過酸化水素, hydrogen peroxide, H2 O2)는 투명하게 푸르스름한 산소와 수소의 화합물로서 수용액에서 거의 투명하게 보입니다.

과산화수소수는 물 분자에 불안정하게 붙어 있는 산소원자를 상처에 있는 효소(카탈라아제)에 의해 물과 활성산소로 분해시킵니다. 이때 활성산소가 근처에 있는 단백질을 손상시키는 원리로 소독하게 됩니다. 즉 과산화수소수는 효소와 접촉해야 살균효과를 갖게 되는 것입니다. 이 효소는 상처나 혈액에 주로 존재하기 때문에 과산화수소수는 ‘상처가 있어야’ 소독효과가 있는 것입니다.

만약 농도가 높은 과산화수소수의 경우 피부에 있는 소량의 카탈라아제에 의해서도 다량의 활성산소가 만들어질 수 있어 피부손상을 입을 수 있습니다. 이를 화학적 화상이라고 부릅니다. 우리가 보통 사용하는 소독용 과산화수소수는 농도가 2.5~3.5% 정도이기 때문에 이런 문제까지 발생하지는 않습니다.

이처럼 활성산소를 이용해 소독효과를 발휘하는 과산화수소는 특정세균만을 죽이는 것이 아니라 모든 단백질을 손상시켜 상처회복을 더디게 만들 수도 있습니다.

따라서 꼭 과산화수소수로 상처를 소독해야 하는 경우에는 작은 상처위주로 하고 큰 상처에는 사용하지 않도록 해야 합니다.

1. 과산화수소 개요

과산화수소는 물(H₂O)에 산소 원자가 하나 더 결합된 화합물로, 무색, 무취의 액체입니다. 강한 산화제이며, 빛이나 열에 의해 쉽게 분해되어 물과 산소로 변합니다(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂). 상업적으로는 일반적으로 3%에서 35% 농도의 수용액으로 판매되며, 농도에 따라 용도가 달라집니다. 자연계에서는 소량 생성되기도 하지만 주로 화학적으로 합성됩니다.

2. 약성 (성질 및 특징)

산화 및 환원 작용: 과산화 수소는 강한 산화제로서 다른 물질을 산화시키거나, 조건에 따라 환원제로 작용할 수 있습니다.

소독 및 살균 효과: 박테리아, 바이러스, 곰팡이를 죽이는 능력이 있어 소독제로 널리 사용됩니다.

불안정성: 빛, 열, 금속 이온 등에 노출되면 분해되기 쉬우며, 고농도일 경우 폭발성 반응을 일으킬 수 있어 주의가 필요합니다.

약한 산성: 순수한 과산화 수소는 약한 산성을 띠지만, 가정용으로 희석된 상태에서는 거의 중성에 가깝습니다.

3. 가정에서 사용 기회

가정에서 주로 3% 농도의 과산화수소를 사용하며, 다양한 용도로 활용할 수 있습니다:

소독 및 살균: 상처 소독, 주방 도마나 스펀지 살균, 욕실 곰팡이 제거.

세척: 흰옷의 얼룩 제거(표백 효과)나 세탁 보조제.

구강 관리: 물에 희석해 양치용 소독제로 사용(단, 의사와 상의 필요).

기타: 신발 냄새 제거, 과일·채소 세척 시 소량 사용.

주의사항:

고농도(10% 이상)는 피부 자극이나 화상을 유발할 수 있으니 가정에서는 저농도만 사용하세요.
음용은 절대 금지이며, 사용 후에는 환기와 손씻기를 잊지 마세요.
어린이 손이 닿지 않는 곳에 보관해야 합니다.

과산화수소(hydrogen peroxide, 過酸化水素)

과산화수소 제법

과산화 바륨에 황산을 작용시켜 얻습니다.

BaO2 + H2SO4 → BaSO4 + H2 O2

과산화수소 성질

공기 중에서 물과 산소로 분해됩니다.

2 H2 O2 → 2 H2O + O2 + 에너지

과산화수소는 생물체 안에서 퍼록시레독신이란 효소에 의해 조절되어 생명활동을 돕는다. 적은 양이 존재할 경우 생명 활동은 둔화되며, 과다한 양이 존재할 경우 생물체는 괴사 합니다.

이 균형을 퍼록시레독신 효소가 조절합니다. 강한 산화성이 있으며, 주로 면이나 그 밖의 직물, 목재 펄프 등을 표백할 때 쓰이나 로켓 추진 연료, 화장품, 의약품을 만들 때에도 쓰입니다.

분자의 구조는 결합각 ∠HOO가 96°52’, 두 OH를 함유하는 면이 이루는 각은 93°51’, 결합길이 O-O는 149Å, H-O는 0.97Å. 표백제, 소독제, 분석화학의 산화제로 널리 쓰이고, 또 비닐중합의 촉매, 로켓 연료 등으로도 쓰입니다. 시판품은 보통 30% 수용액입니다.

과산화수소 로켓이용

과산화수소는 액체로켓의 연료로 사용된다. 국제우주정거장에 우주비행사를 수송하는 소유즈 우주선은 과산화수소 자세제어 로켓을 사용하는데, 우주에서 200일 이내에 사용해야 하며, 그 이후에는 농도가 옅어져서 자세제어 기능을 상실합니다.

2010년 권세진 교수 연구팀은 과산화수소를 사용하는 LKR-1 로켓을 개발했습니다.

한국형 달 탐사선이 지구와 달 사이를 오갈 때 사용하는 추진로켓이지요. LKR-1 엔진은 과산화수소를 쓰기 때문에 친환경적이고, 개발 비용이 기존 로켓 엔진의 30~40%에 불과합니다.

미국 엔진은 하이드라진이라는 독성이 강한 발암물질을 다루고 연소 부산물을 정화하는 시설이 필요해 제작, 시험에 1억 달러(1100억여 원)가 드는데, LKR-1은 3000만~4000만 달러(330억~440억여 원) 면 충분합니다.

과산화수소 레이저포

염소(Cl) 기체와 과산화수소를 혼합하면 몇 분의 1초 사이에 화학반응을 일으켜 높은 에너지를 가진 단일항 산소 분자(O2)가 만들어집니다. 압축 질소를 이용해 이 산소 분자를 요오드 기체 속으로 밀어 넣어 섞으면 산소의 에너지가 요오드 분자로 전이되면서 적외선 영역에서 레이저가 만들어집니다.

이를 화학 산소 요오드 레이저(Chemical oxygen iodine laser, COIL)라고 합니다. COIL 레이저는 1977년 필립스 연구소에서 개발되었으며, 군용 레이저포에 사용되고 있습니다.