지난 시간에는 극도로 단단하면서도 쉽게 부서지는 독특한 특성을 지닌 원소, ‘오스뮴(Os, 원자번호 76번)’에 대한 이야기를 들려 드렸습니다. 오늘은 다소 생소한 금속일 수 있지만 광범위한 영역에 걸쳐 중요한 기능을 하는 ‘몰리브데넘(Mo, 원자번호 42번)’에 대해 소개해 드리겠습니다.
몰리브데넘은 광택이 있는 비교적 단단한 은백색 금속입니다. 몰리브데넘은 지구에 넓게 분포하며 광석 형태로 몰리브덴나이트(휘수연석) 및 파웰라이트 등에 함유되어 있고, 종종 납이나 칼슘과 관련된 다양한 광석에 포함되어 있습니다. 몰리브데넘은 일반적으로 분말 형태로 얻어지는데 이때는 검은색 또는 갈색을 띱니다. 대부분 산과 알칼리에 잘 녹지 않으며 실온에서 산소나 물과 반응하지 않습니다. 몰리브데넘은 강도가 높고 고온에서 잘 견뎌 다양한 합금에 사용됩니다.
몰리브데넘은 생물의 필수적인 원소이기도 합니다. 인체에 극소량 존재하며 성인의 몸에는 약 10mg 존재하며, 주로 간과 신장에 포함되어 있습니다. 몰리브데넘은 대부분 신장을 통해 제거되고 과잉의 몰리브데넘은 소변으로 빠르게 배설됩니다. 다양한 식품에 포함되어 있으며, 인체에서 필요로 하는 양이 많지 않아 정상적인 식사를 하는 건강한 사람에게는 몰리브데넘의 결핍이 발생하기 어렵습니다.
우리가 흔히 연필심으로 사용하는 ‘흑연’을 말 그대로 번역하면 ‘검은 납’이 됩니다. 납처럼 무르고 광택을 띠며 촉감이 비슷해 붙은 이름인데요. 몰리브데넘은 초기에 이 흑연으로 알려졌습니다. 몰리브데넘 역시 잘 미끄러지는 데다 필기구로 이용할 수 있기 때문입니다. 1754년 퀴스트(Bengt Andersson Qvist, 1729~1799)가 이 광석에는 납이 들어있지 않다는 것을 밝혀내며 새로운 원소의 가능성을 제기했습니다.
1778년 스웨덴 출신 독일 화학자 카를 빌헬름 셸레(Carl Wilhelm Scheele, 1742~ 1786)는 몰리브덴나이트(휘수연석)에 알려지지 않은 원소가 포함되어 있다고 제안했고, 1781년 또 다른 스웨덴 화학자 페테르 야코브 이엘름(Peter Jacob Hjelm, 1746~1813)은 최초로 몰리브데넘 금속을 분리해냈습니다. 흑연이 아니라는 사실이 밝혀진 뒤에도 몰리브데넘은 오랫동안 납의 다른 종류로 취급되었습니다. 이름도 ‘납’을 뜻하는 그리스어 ‘몰리브도스(Molybdos)’에서 따왔습니다.
몰리브데넘의 90%는 니켈-크롬 합금인 스테인리스강으로 씁니다. 녹는점이 아주 높아 내열성이 뛰어나기 때문입니다. 몰리브데넘을 첨가하면 강도, 내열성, 내식성 등 기계적 특성이 개선됩니다. 몰리브데넘의 합금인 스테인리스강은 주방용 칼 재료로 인기가 높으며 항공기, 우주선, 미사일, 전차, 총기류 등을 만드는 데 쓰입니다.
몰리브데넘은 생물학적으로도 중요한 촉매입니다. 인간을 비롯한 동물의 몸 속에서 여러 작용을 하는 효소의 핵심 원소로 극소량의 무기질이지만 인체 생명 유지에 필수적인 영양소 중 하나입니다. 몰리브데넘은 대사 과정에서 나타나는 여러 산화 과정에 대해 촉매작용을 합니다. 따라서 몰리브데넘이 결핍되면 대사 이상이 생길 수 있습니다. 몰리브데넘은 식물에는 더 중요한 기능을 합니다. 대기 중 질소를 질소 화합물로 바꿔 생명 유지에 활용할 수 있습니다.
강철 합금에 쓰이고 생명체에 필수적인 ‘몰리브데넘(Mo, 원자번호 42번)’ 이야기 어떠셨나요? 작은 양으로도 물질의 성질을 바꾸고, 생명유지에 필수적으로 작용하는 몰리브데넘은 식물에 영양소를 공급하고 먹거리를 제공하는 귀중한 원소입니다. 다음 이 시간에는 은백색을 띠며 연성과 전성을 갖는 희토류 금속 ‘가돌리늄(Gd, 원자번호 64번)’에 대한 이야기로 돌아오겠습니다.
<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
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