안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
수영장 소독약 냄새의 원인인 클로라민 형성은 유리 염소가 질소 화합물을 단계적으로 산화시키는 무기 산화-환원 반응의 결과입니다. 소독을 위해 물에 투입된 염소는 물과 반응하여 차아염소산을 형성하는데, 이 물질 속의 염소는 산화수가 +1인 상태로 존재하며 매우 강력한 산화력을 지닙니다. 이용객의 땀에 포함된 암모니아와 같은 질소 화합물이 유입되면 이 차아염소산이 질소를 공격하며 반응이 시작됩니다.
첫 단계에서 차아염소산의 염소는 암모니아의 수소 원자를 산화시켜 밀어내고, 그 자리에 치환되어 결합함으로써 모노클로라민을 생성합니다. 산화-환원 관점에서 보면 염소는 전자를 받아들여 환원되려는 경향을 보이며, 상대적으로 질소 화합물의 수소-질소 결합을 끊고 염소-질소 결합을 형성하는 산화 공정을 주도합니다.
염소가 충분한 상황에서는 이러한 산화적 치환 반응이 연속적으로 일어납니다. 모노클로라민의 남은 수소들이 다시 차아염소산에 의해 산화되면서 디클로라민과 트리클로라민으로 변모합니다. 즉, 질소에 결합된 수소가 제거되고 염소와의 결합이 늘어날수록 질소 화합물의 산화 상태는 심화됩니다. 우리가 느끼는 특유의 자극적인 냄새는 이 과정에서 생성된 휘발성 클로라민들이 공기 중으로 배출되며 발생하는 것입니다. 결국 클로라민의 생성은 염소가 오염물을 제거하는 과정에서 나타나는 무기 화학적 산화 반응의 산물이라 할 수 있습니다.