브로민화 수소(Hydrogen bromide, HBr)는 브로민과 수소로 이루어진 무기 화합물로, 할로젠화 수소에 속한다. 화학식은 HBr이며, 분자량은 80.91 g/mol이다.
물리적 성질
상온(25°C)에서 브로민화 수소는 자극성 냄새가 나는 무색의 기체 상태로 존재한다. 녹는점은 약 -87°C, 끓는점은 약 -67°C이다. 밀도는 2.71(공기=1 기준)로 공기보다 무겁다. 습도가 높은 공기와 접촉하면 연기를 내며 브로민화 수소산을 형성하기 시작한다. 물에 대한 용해도가 매우 높아 25°C에서 물 중량의 68.85%까지 녹아 포화 상태에 도달한다. 전체 무게의 47.38%가 브로민화 수소로 구성된 수용액은 126°C에서 끓는 공비 혼합물(azeotrope)을 형성한다.
화학적 성질
브로민화 수소는 물에 녹아 강산인 브로민화 수소산(하이드로브로민산, Hydrobromic acid)을 형성한다. 수용액에서의 산 해리 상수(pKa)는 약 -9로, 염화 수소(HCl)보다 강한 산이며 아이오딘화 수소(HI)보다는 약한 강산에 속한다. 화학적 성질은 염화 수소와 유사하나, 염화 수소보다 쉽게 산화되는 차이점이 있다. 산소와 반응하여 물과 브로민을 생성하며, 오존과는 폭발적으로 반응한다. 강염기, 강산화제, 암모니아, 오존, 불소, 금속 등과는 반응성이 높아 함께 보관해서는 안 된다.
제조 방법
공업적으로는 수소와 브로민을 200~400°C에서 백금이나 석면을 촉매로 사용하여 반응시켜 제조한다. 실험실에서는 브로민화 나트륨(NaBr)과 인산(H₃PO₄)을 반응시키는 방법이 사용된다. 황산(H₂SO₄)을 사용할 경우 생성된 브로민화 수소가 다시 산화되어 브로민(Br₂)으로 전환되므로 적합하지 않다. 그 외에 테트랄린(tetralin)의 브로민화 반응, 아인산(H₃PO₃)을 이용한 환원 반응, 트라이페닐포스포늄 브로마이드의 열분해 등을 통해서도 합성할 수 있다.
용도
브로민화 수소는 유기 합성에서 중요한 시약 및 촉매로 사용된다. 알코올과 반응하여 브로민화 알킬(alkyl bromide)을 생성하고, 알켄에 첨가되어 브로모알케인(bromoalkane)을 형성한다. 알카인에 첨가하면 브로모알켄(bromoalkene)을 생성하며, 이러한 첨가 반응은 일반적으로 마르코프니코프의 법칙(Markovnikov's rule)을 따른다. 또한 에폭시 화합물이나 락톤(lactone)의 개환 반응, 브로모아세탈(bromoacetal) 합성에도 사용된다. 반도체 제조 공정에서는 실리콘 웨이퍼의 건식 식각(dry etching) 공정에서 선택적 식각제로 사용되며, 표면 세정 및 도핑 공정에도 활용된다. 제약 산업에서는 브로민화 반응의 원료로 사용된다.
안전성
브로민화 수소는 강한 부식성을 지닌 물질로, 흡입 시 호흡기와 폐에 심각한 손상을 일으킬 수 있다. 눈, 피부, 점막에 접촉 시 심각한 화상을 유발한다. 미국 국립직업안전위생연구소(NIOSH)는 즉시 생명·건강 위험 농도(IDLH)를 35ppm(116 mg/m³)으로 설정하고 있다. 취급 시 보호장갑, 보안경, 안면보호구 등의 보호 장비가 필요하며, 환기가 잘 되는 곳에서만 사용해야 한다.
