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오늘은 색이 아름답고 광택이 좋으며 녹슬지 않는 철! 그러나 반전이 있는 원소 크롬(Cr)을 소개해 드리겠습니다.
원자번호 24번 ‘크롬’을 소개합니다!
현대 사회를 구성하는 가장 대표적인 원소가 무엇이라고 생각하나요? ‘철’이라고 해도 과언이 아닐 정도로 철은 우리 생활 속 깊숙이 자리잡고 있는 원소입니다. 하지만 철이 산화되는 순간 철의 장점이 모두 사라진다는 치명적인 약점이 있습니다. 이러한 문제를 단번에 해결한 것이 있으니! 그것은 바로 ‘스테인리스(stainless, ‘녹이 없다’는 뜻)강’이라고 불리는 합금입니다. 싱크대, 수도, 식기 등 일상에서 흔히 볼 수 있는 수많은 것들이 이 합금으로 만들어집니다. 크롬(chromium)은 스테인리스강을 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 그 이유는 부식에 저항하는 성질인 내부식성이 강하기 때문입니다.
‘크롬’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래
지각에 21번째로 많이 존재하는 크롬은 1797년 베릴륨을 발견한 프랑스 화학자 니콜라 루이 보클랭(Nicolas Louis Vauquelin, 1763.5.16 ~ 1829.11.14)이 발견했습니다. 보클랭은 1760년대에 시베리아 광산에서 발견된 붉은 납이라고 부르던 밝은 오렌지색 광석을 조사하고 있었는데요. 그는 이 광물에 대해 여러 가지 화학적 조사를 진행하여 다양한 밝은 색깔의 화합물을 만들어냈을 뿐만 아니라, 이 광물이 이전에 알려지지 않은 원소를 포함하고 있다는 사실도 알아차렸습니다.
크롬 화합물이 다양한 색을 나타내기 때문에 보클랭은 이 원소를 ‘색깔(color)’을 나타내는 그리스어 크로마(chroma)를 따라 크롬이라 불렀습니다. 그리고 1년 뒤 광택이 있는 금속 상태의 크롬을 분리해내는 데 성공했습니다. 이에 그치지 않고 보클랭은 에메랄드도 분석하여 에메랄드의 초록색이 크롬에서 유래했다는 사실까지 밝혀냈습니다.
‘크롬’은 어디에 사용될까요?
앞서 크롬의 다양한 특징과 함께 크롬이 스테인리스강이라고 불리는 합금이 만들어지는 데 가장 중요한 역할을 한다는 사실을 소개해드렸습니다. 오늘날 생산되는 크롬의 80% 이상이 스테인리스강을 만드는 데 사용된다고 볼 수 있는데요. 그 외에 크롬은 어디에 어떻게 사용될까요?
금속 도색
자동차와 같은 금속 제품 색칠에는 물감이나 안료 대신 단단하고 녹슬지 않으며 광택을 내는 크롬 도색제가 사용됩니다. 크롬 도색은 수많은 제품에 널리 사용되는데요. 이것을 오랫동안 흡입하거나 이것이 몸 안으로 흘러들면 중금속 중독을 일으킬 수 있어 매우 위험합니다. 이 때문에 2000년 초반부터 유럽연합(EU)을 시작으로 크롬 사용을 제한하는 법안이 계속 나오고 있지만, 아직 크롬을 대체할 원소를 발견하지 못해 지금까지도 계속 사용하고 있습니다. 단, 독성이 강한 6가 크롬 화합물을 취급하는 공장에는 배출규제가 마련되어 있습니다.
물감
‘색깔(color)’을 뜻하는 그리스어 크로마(chroma)에서 따온 크롬의 원소명처럼 크롬은 금속 도색뿐 아니라 미술용 물감이나 염색 안료에도 사용됩니다. 이렇게 크롬이 금속 도색에 사용되거나 미술용 물감이나 염색 안료에 사용될 수 있는 이유는 크롬 화합물이 다양한 색상을 내기 때문입니다.
루비
루비, 사파이어, 에메랄드는 ‘강옥’이라고 불리는 보석의 종류로, 그중 크롬은 루비에 포함되어 붉은 색상을 만들어 냅니다. 흥미로운 사실은 크롬이 인공 루비를 만드는 데도 사용되고 있다는 것입니다.
당뇨병 및 고혈압 예방
크롬을 오랫동안 흡입하면 중금속 중독을 일으킬 수 있지만, 놀라운 사실은 크롬은 이미 우리 몸속의 간장, 신장, 췌장 등에 분포되어 있으며 당 및 콜레스테롤 대사에 꼭 필요한 필수미량원소(생체조직 중에 미량으로 존재하며, 영양학상 음식물에서 섭취해야만 하는 원소) 중 하나라는 사실입니다. 체중 70kg의 인체에는 약 2mg 정도의 크롬이 있습니다. 체내에 크롬이 결핍될 경우 당뇨병이나 동맥경화, 고혈압 등의 질병이 발생할 수 있으며 쉽게 피로감을 느끼기도 합니다.
오늘은 색이 아름답고 광택이 좋으며 녹슬지 않는 철! 하지만 독성으로 반전이 있는 원소 크롬에 대해 소개해드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 지각에 아홉 번째로 많이 함유된 원소로, 요즘같이 뜨거운 햇볕이 내리쬐는 여름철 필수품인 자외선 차단제(선크림)의 중요한 성분인 티타늄(Ti)에 소개해 드릴게요! 많이 기대해주세요~
<내용 출처>
누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) / 원소의 세계사 (주기율표에 숨겨진 기상천외하고 유쾌한 비밀들) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
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원소로 보는 화학사 Vol.043. ‘원자번호 51번 안티모니(Sb)를 소개합니다.’
지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 우주정거장 및 원자로의 재료로 쓰는 원소 ‘지르코늄(Zr, 원자번호 40번)’에 담긴 화학이야기를 소개해드렸습니다. 오늘은 난연제와 납축전지 극판 등에 쓰이는 독성이 큰 준금속 원소 ‘안티모니(Sb, 원자번호 51번)’를 소개해드릴게요.
원자번호 51번 ‘안티모니’를 소개합니다!
안티모니(antimony)는 자연계에 존재하는 양이 매우 적습니다. 지금은 전 세계 생산량의 약 88%가 중국에서 산출되고 있습니다. 기원전 4000년 무렵 도자기에 사용되었고, 고대 이집트에서는 눈썹 화장에 널리 쓰였다는 기록이 파피루스에 남아 있습니다. 중세에는 설사를 유발하는 변비약으로 쓰이기도 했습니다. 심지어 안티모니로 만든 약은 대변과 함께 그대로 빠져나와 다시 씻어서 사용할 수 있었기 때문에 ‘영원의 알약(everlasting pill)’이라 불렸습니다. 하지만 안티모니의 독성이 밝혀지면서 사용이 금지되었습니다. 안티모니는 페트병에 농축되어 중독을 유발한다는 보고도 있어 오늘날에는 산업 분야 외에 잘 쓰이지 않습니다. 안티모니의 사용 분야는 아래쪽에서 더 자세히 소개해 드릴게요.
‘안티모니’가 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래
고대에서는 안티모니의 황화물을 아이섀도에 이용했고, 중세시대에는 연금술사들이 즐겨 사용했으며 다양한 연구도 이루어졌습니다. 1600년경에 금속으로서의 존재가 알려지기는 했지만, 납이나 주석 등 다른 원소와 혼동되기도 했답니다. 금속 상태에서는 납과 구분하기 어려워 16세기에 이르러서야 성공적으로 분리, 보고됐습니다.
안티모니는 대체로 다른 물질에 섞여서 존재하기 때문에 ‘반대’라는 뜻의 그리스어 ‘anti-‘와 ‘고독’이라는 뜻의 ‘monos’를 합해 이름 지어졌습니다. 원소기호 ‘Sb’는 안티모니 함량이 높은 휘안석(stibnite)에서 유래했습니다.
‘안티모니’는 어디에 사용될까요?
스코틀랜드에서는 기원전 4000년에 만들어진 꽃병에 안티모니가 함유되어 있었고, 고대 이집트에서는 안티모니로 도금된 도구를 사용했습니다. 황화안티모니(휘안석)의 검은색 분말은 눈썹먹이나 아이섀도로 여성들이 주로 애용했습니다. 클레오파트라가 사용한 아이섀도에는 안티모니와 황이 들어있었다고 합니다. 안티모니는 독성이 있음에도 불구하고 중세에는 약재로도 이용했는데요. 삼산화안티모니와 타타르산(주석산)의 화합물(토주석)을 해독제로 사용하거나 변비약으로 금속 안티모니의 정제를 사용하기도 했습니다.
안티모니는 여러 광물 또는 금속과 혼합되는 성질이 강해 합금 형태로 널리 사용됩니다. 납-안티모니 합금은 배터리, 금속 활자, 무연 납땜, 뇌관, 총알, 전선, 차폐재, 피복 등으로 쓰입니다. 화학적으로는 염산, 황산, 질산 등의 강산보다 약 100억 배 강한, ‘마법의 산(magic acid)’이라 불리는 초강산 ‘플루오르안티모니산(HSbF6)’을 제조하는 데도 쓰입니다.
이처럼 안티모니는 다양한 분야에 널리 사용되고 있지만 독성 때문에 환경적으로, 생물학적으로 조심스러운 부분이 있습니다. 지각에 존재하는 양도 적기 때문에 대체할 물질을 찾는 데 많은 노력을 기울이고 있습니다.
오늘은 난연제와 납축전지 극판 등에 쓰이는 독성이 큰 준금속 원소 ‘안티모니(Sb, 원자번호 51번)’를 소개해 드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 방사능 연구를 크게 발전시킨 원소이자 재미있는 일화가 많은 원소 ‘라듐(Ra, 원자번호 88)’에 담긴 흥미로운 화학이야기로 찾아올게요. 많이 기대해 주세요.