원소로 보는 화학사 VOLUME 008. ‘원자번호 26번 철을 소개합니다’

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 원자번호 12번 ‘마그네슘’을 소개해드렸는데요. 오늘은 전 세계의 금속생산량 1위로, 무려 95%를 차지하는‘철’에 얽힌 재미있는 화학이야기를 들려드릴게요!

원자번호 26번 ‘철’을 소개합니다!

산업계에서 대체 불가능한 원소 ‘철’

우리나라에서 쌀은 없어서는 안 될 농작물입니다. 산업계에서도 쌀과 같이 대체 불가능한 역할을 하고 있는 원소가 있는데요. 그 원소가 바로 ‘철’입니다. 철은 ‘산업의 쌀’로 불릴 정도로 가장 중요한 금속 원소로 취급되고 있습니다. 철은 전 세계의 금속생산량 1위이며 무려 95%를 차지하고 있습니다. 또한 다양한 분야에서 기계 및 기구를 만드는 데 이용해왔습니다. 철은 문명의 상징이며, 그 역사는 산업의 역사라고도 할 수 있는데요. 매장량이 풍부하고 강력할 뿐만 아니라 가공하기 쉽다는 특징이 있습니다. 또한 철은 다양한 특성을 가진 여러 금속 원소와 합금해 강철, 스테인리스강, 내열 초합금, 초경량 합금 등 제련, 제강 물질을 만들어 내며, 수많은 물건의 재료로 쓰입니다. 현대 사회에서 철이 사용되지 않는 곳을 찾는 것은 거의 불가능 할 정도인데요. 이 정도면 산업계에서 대체 불가능한 원소라고 하기에 충분하죠?

철의 가격은 항상 저렴했을까요?

그럼 매장량이 많은 철의 가격은 항상 저렴했을까요? 철이 항상 값쌌던 것은 아닙니다. 초기 문명에서는 금이나 은보다도 비쌌고, 철기시대가 시작되기 이전의 금속 기술자들은 하늘에서 떨어진 철만 이용할 수 있었는데요. 그러나 기원전 3000년경부터 중동 지방에서 철광석을 제련하여 철을 얻기 시작했습니다. 가장 흔한 철광석은 마그네타이트와 해마타이트로 전 세계에 분포해 있습니다. 누가 가장 먼저 철광석을 제련하여 철을 얻었는지는 알려져 있지 않지만, 기원전 1000년경에는 철의 제련이 중동과 아시아 그리고 아프리카의 여러 지방에서 일반적으로 행해졌고 다음 수백 년 동안 유럽으로 전파되었습니다. 그때까지는 철을 소량만 생산했기 때문에 희귀한 금속에 속해 값이 비쌌던 것입니다.

‘철’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

가장 오래된 철 조각은 기원전 3500년경에 발견된 운석이며 이는 7.5%의 니켈을 함유하고 있었습니다. 니켈을 함유하지 않은 연철은 기원전 3000년경 메소포타미아 혹은 북시리아에서 사용한 것으로 보이는데요. 이후 기원전 1500~1200년경에는 히타이트인이 철의 정련법을 고안해냈답니다. 그럼 철의 원소명(iron)은 어디에서 유래되었을까요? iron은 ‘철’을 뜻하는 앵글로색슨어 ‘iren’에서 유래했다는 설도 있고, ‘강하다’는 뜻의 그리스어 ‘ieros’에서 왔다는 설도 있습니다. 그리고 철의 원소기호(Fe)는 ‘철’을 뜻하는 라틴어 ‘ferrum’에서 유래된 것입니다.

우리가 몰랐던 ‘철’의 사용이야기

산소와 헤모글로빈

철이 건축 재료나 자동차 또는 각종 도구를 만드는 재료로 중요하다는 사실은 이미 많은 분들이 알고 계실 텐데요. 이뿐만 아니라 철은 생명체에게도 필수적인 요소입니다. 인간의 생명은 호흡을 통해 얻은 산소를 혈액 안의 적혈구가 몸 안 곳곳으로 전달함으로써 유지되는데요. 이때 산소를 전달하는 핵심 역할을 하는 것이 바로 ‘철’입니다.

우리 몸에는 약 4mg의 철(철분)이 존재하는데요. 대부분 적혈구 안에 있는 붉은색 화합물인 헤모글로빈(haemoglobin)의 중앙에 자리 잡고 있습니다. 산소는 헤모글로빈에 있는 철과 결합해 혈관을 타고 이동하면서 온몸의 세포로 전달되므로 철이 없으면 아무리 열심히 호흡을 해도 산소를 세포에 공급할 수 없습니다. 그렇기 때문에 성별과 나이에 따라 약간의 차이가 있지만 매일 10~25mg의 철을 섭취할 것을 권고하고 있습니다.

철분이 부족하면 근육에 전달되는 산소의 양을 제한하여 피로하게 하고 면역 체계를 약하게 만들어 어지럼증을 느끼며 빈혈 증상이 나타날 수도 있습니다. LG화학에서는 빈혈치료제도 생산하고 있는데요. 이렇게 LG화학은 성장하는 바이오의약품 시장 속에서 우수한 기술력을 바탕으로 해외 시장에서도 경쟁우위를 지속해서 확대해 나가고 있습니다. 특히 올 하반기부터 내년까지 국산 바이오시밀러들이 선진 글로벌 시장에 대거 쏟아지는데요. 글로벌 시장 선점을 위한 국산 바이오시밀러 시대가 활짝 열리고 있는 시점에 LG화학도 가세를 가하고 있답니다!

나노 기술

철은 매장량이 워낙 많기 때문에 값이 저렴할 뿐 아니라 그 자체로는 사람의 몸에 별다른 독성을 보이지 않습니다. 그래서 나노 크기의 아주 작은 물질을 사용하는 현대 기술에 적극 활용하고 있습니다. 특히 철로 나노 입자를 만들어 항암 치료, 암세포 제거, 약물 전달에 쓰는 등 의료 분야에 널리 활용하고 있습니다. 우리 몸으로 흡수된 철은 트랜스페린(transferrin)이라는 철 결합 단백질에 붙어 여기저기 필요한 곳으로 전달되었다가 서서히 사라지기 때문에 생물학적으로 활용하기에 좋습니다.

오늘은 현대 사회에서 꼭 필요한 ‘철’에 대해 소개해드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 호흡 할 때뿐 아니라 지구를 구성하는 가장 중요한 핵심 원소인 ‘산소’에 얽힌 화학이야기를 들려드릴게요! 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)