치약에 포함된 불소 이온이 치아의 하이드록시아파타이트 구조 중 일부를 치환하여 '플루오르아파타이트'를 형성함으로써, 산에 대한 용해도를 낮추고 치아를 강화하는 원리는 무엇인가요?

Question

이충흔 · Accepted Answer

치약 속의 불소가 치아를 강화하는 과정은 치아 표면의 화학적 구성을 더 안정적인 형태로 개조하는 일종의 '성분 교체' 원리입니다. 우리 치아의 겉면인 법랑질은 기본적으로 하이드록시아파타이트라는 결정 구조로 이루어져 있습니다. 이 구조는 평소에는 단단하지만, 입 안의 세균이 당분을 분해하며 내뿜는 산성 물질을 만나면 수산화 이온 부위가 반응하며 미네랄이 빠져나가는 탈회 현상이 일어납니다.

이때 치약에 포함된 불소 이온이 투입되면, 기존 구조에서 산에 취약했던 수산화 이온 자리를 불소가 대신 차지하며 플루오르아파타이트라는 새로운 구조를 형성합니다. 불소 이온은 수산화 이온보다 크기가 작고 전기음성도가 매우 높아서 주변의 칼슘 이온들과 훨씬 더 강력하고 촘촘하게 결합합니다. 결과적으로 결정 격자 구조가 이전보다 훨씬 더 견고해지게 됩니다.

이렇게 변한 구조는 산에 견디는 힘이 비약적으로 상승합니다. 일반적인 치아 구조는 입안의 산도가 pH 5.5 이하일 때 녹기 시작하지만, 불소가 치환된 구조는 pH 4.5 수준의 더 강한 산성 환경에서도 쉽게 녹지 않고 버틸 수 있습니다. 즉, 불소는 치아의 화학적 성질 자체를 산에 강한 내산성 상태로 변화시켜 충치균의 공격으로부터 치아를 방어하고, 동시에 빠져나갔던 미네랄이 다시 치아 구조에 붙는 재광화 과정을 도와 치아를 더욱 튼튼하게 만듭니다.