원소로 보는 화학사 Vol.035. '원자번호 30번 아연(Zn)을 소개합니다'
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화학이야기

원소로 보는 화학사 Vol.035. ‘원자번호 30번 아연(Zn)을 소개합니다’

2018년 10월 30일

아연(Zn, 30) 원소로 보는 화학사 원자번호 30번 ‘아연’을 소개합니다 #원소 #아연 #아연의_발견 #아연의_사용 #합금 #도금 #건전지 #생체_활동

지난번 ‘원소로 보는 화학사’에서는 ‘지구’라는 뜻의 이름을 가진 희귀한 준금속 원소 ‘텔루륨(원자번호 52번)’에 담긴 화학이야기를 소개해드렸습니다. 오늘은 철 부식 방지와 생명체에 아주 중요한 금속 원소 ‘아연(원자번호 30번)’을 소개해드릴게요.


원자번호 30번 ‘아연’을 소개합니다!

생굴

아연(zinc)은 우리 몸의 필수 원소입니다. 특히 정력에 탁월한 효과가 있다고 알려져 있습니다. 바람둥이의 대명사가 된 이탈리아의 문학가 조반니 자코모 카사노바(Giovanni Giacomo Casanova)가 식사 때마다 즐겨 먹었다는 생굴에도 아연이 많이 함유되어 있습니다. 바다의 우유라고도 불리는 생굴은 가을부터 초겨울(9~12월)까지 제철 음식입니다.

‘아연’이 발견되기까지의 과정, 그리고 원소명의 유래

아연을 뜻하는 영어 단어 ‘zinc’ 용광로 속에 침전하는 아연의 결정 형태가 포크 끝처럼 뽀족하기 때문에 ‘포크 끝’이란 의미의 독일어 ‘zinke’에서 유래. 아연 주괴의 결정조각(가운데), 나무 가지 모양으로 승화한 결정 조각(오른쪽)과 고순도의 아연 입방체(왼쪽).

사진출처: (CC)Alchemist-hp at wikipedia.org

아연은 오래전부터 인류가 이용해 온 금속으로, 구리, 철, 주석, 납보다 상당히 뒤늦게 홑원소 물질을 얻을 수 있었던 원소입니다. 13세기 이후 인도의 금속학자들은 라자스탄에서 아연 증기를 만들고 그것을 증류하여 아연 금속을 추출하는 방법을 알아냈으며, 구리와 아연을 섞어 황동을 만들었습니다. 오늘날에도 라자스탄의 람푸라 아구차 광산은 세계에서 가장 큰 아연 광산으로 매년 60만 톤 이상을 생산하고 있습니다.

새로운 금속에 대한 소식이 인도에서 유럽으로 알려졌지만 1738년에 영국 화학자 윌리엄 챔피언(William Champion)이 수백 년 전에 인도에서 사용했던 것과 비슷한 증류법을 개발하기 전까지는 아연 금속이 대량으로 생산되지는 않았습니다. 몇 년 후 독일 화학자 안드레아스 마르그라프(Andreas Marggraf)가 실험실에서 순수한 아연을 분리해내 성질을 연구했습니다. 실제로 그 분리에 성공한 연대는 확실하지 않지만, 1746년 마르그라프는 산화아연에 목탄을 섞어 환원하고 금속 아연을 얻는 방법을 발표했습니다.

아연을 뜻하는 영어 단어 ‘zinc’는 용광로 속에 침전하는 아연의 결정 형태가 포크 끝처럼 뾰족하기 때문에 포크 끝이란 의미의 독일어 ‘zinke’에서 유래했습니다. 한편 페르시아어로 ‘돌’을 뜻한다는 등의 다양한 설도 있습니다.

‘아연’은 어디에 사용될까요?

생물학적 역할

생물학적 역할

아연은 우리 몸의 다양한 효소가 정상적으로 작동하는 데 필요한 원소로, 특히 전립선에 많습니다. 인슐린, 성장호르몬, 성호르몬 등의 효소 작용을 돕기 때문에 성 기능에 직접 영향을 주며, 피부를 비롯한 신체 노화에 관여하는 항산화 효소의 필수 요소로서 미용에도 큰 역할을 합니다. 그래서 아연이 풍부한 육류와 생굴을 일부러 과할 정도로 많이 챙겨 드시는 분들도 계실 텐데요. 모든 원소가 그렇듯 과하면 부작용이 생길 수 있으니 주의해야 합니다. 아연이 부족하면 면역 기능 저하, 성장 지연 등의 증상이 나타나고, 너무 많으면 몸에 철, 동, 항생 물질 등이 흡수되는 것을 방해해 구역질이나 어지럼증 등 중독 증상이 나타납니다.

철의 부식을 막는 원소 & 건전지의 음극

철의 부식을 막는 원소, 건전지의 음극

아연은 기원전부터 사용된 금속 원소로, 지금도 수많은 산업에 이용됩니다. 아연 없이는 일상생활이 힘들 정도로 아연은 우리 생활 속 많은 곳에 활용되고 있는데요. 대표적인 것이 ‘함석’이라 불리는, 아연 도금된 철강 제품입니다. 이는 내부식 효과가 뛰어나 비바람에 노출되기 쉬운 건물의 외장재나 물품 등에 흔히 사용됩니다. 이는 아연이 철보다 이온화 경향이 큰 성질을 이용한 것입니다. 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화되고 녹슬기 쉬운데요. 철이 산화되기 전에 표면의 아연이 먼저 녹아 부식되므로 내부의 철을 보호하는 것입니다. 구리를 첨가한 황동(brass) 등 다양한 합금이 있으며, 악기, 통신 기기, 동전 등을 만드는 데 활용됩니다. 단, 아연은 물에 녹기 때문에 음료 캔에는 사용할 수 없습니다.

또한 아연은 수소보다 이온화 경향이 크고 산에 녹으므로 전지의 음극에도 이용합니다. 최초의 전지인 볼타 전지부터 수은 전지, 연료 전지, 알칼리 전지까지 수많은 건전지의 음극(-극)을 만드는 데 아연이 쓰입니다. 파란색 발광 다이오드에서는 기존의 질소 갈륨보다 현저히 낮은 비용의 산화아연이 차세대 원료로 주목받고 있습니다.


한 눈에 보는 ‘아연’

오늘은 요즘 제철 음식이면서 바다의 우유라 불리는 굴(생굴)에 많이 함유된 원소 ‘아연(원자번호 30번)’을 소개해 드렸습니다. 다음 ‘원소로 보는 화학사’에서는 네온사인에 쓰이는 원소 ‘네온(Ne, 원자번호 10)’에 담긴 흥미로운 화학 이야기로 찾아올게요. 많이 기대해 주세요!

 

또 다른 원소 이야기가 궁금하다면? 원소로 보는 화학사 바로가기

 

<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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