| 34Se 셀레늄 / 셀렌 Selenium | |||
| 분류 | 다원자 비금속 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 78.971 | 밀도 | 4.819 g/cm3 |
| 녹는점 | 221 °C | 끓는점 | 685 °C |
| 용융열 | 6.69 kJ/mol | 증발열 | 95.48 kJ/mol |
| 원자가 | 6 | 이온화에너지 | 941.0, 2045, 2973.7 kJ/mol |
| 전기음성도 | 2.55 | 전자친화도 | 195 kJ/mol |
| 발견 | J. J. Berzelius (1817) | ||
| CAS 등록번호 | 7782-49-2 | ||
| 이전 원소 | 비소(As) | 다음 원소 | 브로민(Br) |
1. 개요
1817년 베르셀리우스와 간은 황산 속에서 텔루륨과 닮은 원소를 발견했는데 화학적 성질 면에서 텔루륨과 굉장히 흡사한 이 원소는 '달'이란 뜻을 가진 단어 셀레네[1]에서 어원을 따 와 셀레늄이라 이름지어졌다. 참고로 텔루륨은 '지구'를 뜻하는 단어 텔루스에서 비롯됐으며 셀레늄과 항상 함께 발견된다.여러가지로 주기율표 상에서 바로 위에 있는 황, 바로 아래에 있는 텔루륨과 비슷한 성질이 있다. 셀레늄이 발견 당시 텔루륨과 헷갈렸던 이유 중 하나로 냄새가 있다. 셀레늄은 열을 가하면 텔루륨과 비슷한 마늘이나 썩은 무 냄새를 풍긴다. 셀레늄 위에 위치한 황이 황산(H2SO4)을 만들 수 있는 것과 마찬가지로 셀레늄도 셀레늄산(H2SeO4)을 만들 수 있으며 금을 녹이는 성질을 가진다. 다만 텔루륨은 준금속의 성질을 띠기는 하므로 셀레늄과는 약간 차이가 있긴 하다.
빛을 받으면 저항값이 낮아지는 광 반도체로서 전자공업에서 중요한 비중을 가지는 셀레늄은 용지 복사기와 레이저 프린터에서 감광막으로 쓰인다.
2. 산업적 이용
주로 유리산업에서 유리 불순물의 색을 상쇄해 무색투명하게 만드는 데 쓰이며 망가니즈 생산시에 전기 제련에 쓰이고 구리와 합금에도 쓰인다.셀레늄은 광전도성(빛에 의해 전기가 흐르게 되는 현상)이란 성질이 있다. 과거엔 광전지나 광센서[2]로 널리 쓰이기도 했지만 지금은 점차 이용이 줄고 있다. 특히 셀레늄 노출계는 꽤나 정밀한 결과물을 보여주고, 별도의 배터리가 없어 과거 상당히 널리 쓰였었다. 대표적인게 올림푸스의 펜E 시리즈나 리코의 오토하프 시리즈 등. 다만 셀레늄 노출계의 경우 별도로 교체가 불가능하고, 사용에 따라 수명이 20~60년 정도 되는데 수명이 한정되어 있다는 단점이 있다. 특히 셀레늄 노출계를 사용하던 카메라들이 대체로 1960년대 내외에 나와 구입시 확인이 필요하다.
그 밖에 각종 발광물질이나 LED 등 각종 광 관련 제품에 첨가물로 쓰인다.
카드뮴과의 화합물은 붉은색을 내기 때문에 붉은색 그림물김의 재료로 사용된다.
복사기와 레이저프린터 드럼 등에 쓰이는데 우선 복사기 드럼에 발라둔 셀레늄을 대전시킨다. 이 대전된 부분에 원고를 복사할 때의 반사광을 비추면 빛이 닿은 부분만이 도체가 된다. 글자가 있는 부분은 반사되지 않아서 빛이 안 닿는 곳은 대전된 채로 남아 그 곳이 토너를 빨아들여 인쇄되는 것이다.
동위원소인 셀레늄-75는 119.78일의 반감기를 가지는 인공 방사성 동위원소로 감마선을 방출하는데 이 성질을 이용해 방사선 투과 비파괴검사에 쓰인다. 셀레늄-75는 방사선 투과 비파괴검사에 쓰이는 주요한 다른 방사성 동위원소인 이리듐-192나 코발트-60에 비해 투과력이 작기 때문에 얇은 검사체를 검사할 때 쓰인다.
과거에는 교류를 직류로 변환하는 정류기에도 사용되었지만 지금은 규소(실리콘) 기반 반도체 정류기가 주로 사용된다.
3. 생체 이용
예전엔 독성물질로 알려졌으나 지금은 적정한 미량은 생물의 활동에 꼭 필요한 미량원소로 재정의됐다. 적량(30–100 ㎍, 성인 일일 섭취 권장량 기준 50–200 ㎍ 정도, 안전한 섭취량 400 ㎍ 이내)의 셀레늄을 섭취해야 건강을 유지할 수 있고 부족하면 빈혈이나 고혈압, 암의 원인이 되기도 한다. 분명히 강조하지만 적정량을 섭취했을 때 건강에 좋다는 것이며 과거엔 독성이 있다고 알려졌던 물질인 만큼 과다 섭취하면 중독 증상을 일으키니 주의해야 한다. 후술하듯이 풀을 뜯어 먹는 초식동물도 셀레늄 중독에 걸리기도 한다.적절히 섭취하면 인체에 유해한 금속물질을 차단하는 효과가 있으며 항암효과가 있다. 아미노산 중에서도 셀레늄을 함유한 게 두 개(셀레노메티오닌, 셀레노시스테인)나 있다. 가장 잘 알려진 셀레늄의 효능으론 비듬을 치료하는 효과가 탁월해 황화셀레늄은 비듬 방지 샴푸의 주성분으로 쓰인다.
특히 비타민E보다 수천 배 이상의 강력한 항산화 작용이 있는 게 알려지면서 노화방지 건강식품의 성분으로 주목받는다. 몸 속의 위험한 프리 래디컬이나 활성산소를 제거해 항산화 작용을 하는 산화방지 효소와 단백질의 주요 성분이다.[3][4] 비타민C와 비타민E, Coenzyme Q10 등 항산화물질에 전자를 공여해 재활용을 돕는다. 스트레스로 인한 부작용을 방지하는 효과도 있다. 스트레스는 암 등 만병의 근원이니 셀레늄이 암을 막는 데도 간접적으로 도움을 주는 셈이다.
그 외의 연구에선 근육 활동, 염증 억제반응과 뇌졸중, 심근경색 등 성인병 중 심혈관 질환 예방[5], 남성 성기능 유지[6], 갑상선 항상성 유지[7], 면역력 강화, 여드름 치료, 연골 질병 예방, 전립선암 예방, 관절염 예방 등 새로운 효능이 속속 밝혀지고 있어서 건강식품으로 크게 인기가 높아졌으며 사람의 기분을 좋게 하는 효과도 있다.
이 때문에 셀레늄을 응용한 건강식품들이 많이 나온다. 셀레늄이 많은 음식엔 주로 달걀, 닭고기, 해산물, 곡물, 육고기, 파프리카, 아로니아, 블루베리 같은 색소 채소 등이 있다. 그래서 셀레늄 우유라든가 셀레늄 닭, 셀레늄 생식같은 물건이 나오기도 했다. 셀레늄은 토양에도 비교적 풍부한 편이므로 땅에서 나는 채소와 곡물도 재배지에 따라 셀레늄이 풍부하다. 한 마디로 음식을 골고루 먹으면 셀레늄 부족을 걱정할 필요는 없다. 사실 견과류 중에서 브라질너트가 셀레늄이 상당히 많이 함유되어 있다는 이유로 주목을 받고 있는데, 1알 당 평균 77 ㎍ 정도로 셀레늄 함량이 너무 높아서 하루 4개 이상 먹으면 건강에 악영향을 미칠 수 있고 10개 이상 먹으면 중독 증상이 온다고 한다.
셀레늄을 너무 많이 섭취하면 중독 증상을 일으키는데 이를 셀레노시스(selenosis)라고 하며, 구토, 불안, 탈모, 손톱 갈라짐, 심하면 정신을 잃거나 죽음에 이르게 되며 환경에도 해로워서 법률로 배출이 제한되어 있다. locoweed 등 일부 콩과식물의 풀에도 많이 함유됐는데 소나 양들이 이런 풀을 뜯어먹고 셀레늄 중독에 걸리기도 한다. 발견자인 베르셀리우스도 셀레늄화수소를 실험 중에 마시고 의식불명이 됐다고 전해지는데 죽을 때까지 셀레늄에 독성이 있는 줄 몰랐으며 그것 때문에 사망했다.
성인의 하루 권장량은 55μg[8]이며, 일반적인 하루 식사로 충분히 섭취 가능한 용량이다. 성인이 안전하게 섭취할 수 있는 최대 용량은 400μg 정도로 본다. 셀레늄을 하루 200μg씩 섭취하면 전립선암 등의 예방에 효과가 있다는 연구가 있는가 하면 과잉 섭취시엔 오히려 전립선암을 유발한다는 주장도 존재하는데 <셀레늄의 항암효과>라는 논문(pdf)에선 "셀레늄이 암세포의 발생을 억제한다는 효과가 있다는 연구가 축적되어 왔지만, 상반된 결과에 대해선 환경적 영향이나 유전적 감수성 등의 혼란요인을 고려해야 하며, 확실한 검증을 위해선 대규모의 장기적 임상 데이터가 축적돼야 할 것"이라고 주장했다.
케샨병과 관련이 있다. 중국 헤이룽장성 커샨현(克山县)에서 발생하는 심장근육병증은 토양의 셀레늄 함량이 적어서 발생했다.
셀레늄을 필수 원소로 요구하는 아미노산인 셀레노시스테인이 있으며 이 아미노산은 번역 과정에서 종결 신호에 들어간다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이 셀레늄이 과다하면 독성을 나타내니 일부러 셀레늄을 많이 섭취한다든가 하진 말자.
4. 매체
- 스타워즈: 드로이드인 BB-8은 셀레늄으로 작동되는 구동장치를 갖고 있다.
- 에볼루션: 데이비드 듀코브니 주연의 영화이며 셀레늄이 외계인을 물리치는 원소로 나오기도 했다. 인간을 이루는 탄소에서 아래로 두 칸 오른쪽으로 한 칸 가면 인간에게 치명적인 비소가 있으니 질소로 이뤄진 외계인은 역시 질소에서 아래로 두 칸 오른쪽으로 한 칸 가면 나오는 비소 옆자리의 셀레늄으로 물리칠 수 있을 것이란 말도 안 되는 발상이다. 어차피 SF 코미디 영화였고 전술했듯이 셀레늄에도 어느 정도 독성이 있었으니 별 문제 없다. 참고로 이때 외계인을 퇴치하기 위해 쓴 무기는 셀레늄 함유 샴푸였다. 그걸 마트에서 대거 털어와 소방차 물탱크에 가득 채우고, 거대 외계생명체의 항문에 대형호스로 꽂고 끝장냈다. 사실 영화 자체가 대놓고 샴푸 광고다.
- 헤일로 시리즈: UNSC함선의 초광속 엔진인 샤-후지카와엔진에 필요한 원소 중 하나다.[9] 나머지 하나는 43번 테크네튬.
- House M.D.: 시즌 4 6화에서 해당 내용이 나온 적이 있다.
[1] 그리스 신화의 달의 여신 Selene[2] 전자키트에 들어 있는 광감지센서로 잘 쓰였고 일부 카메라에도 셀레늄 노출계가 쓰였다.[3] 가장 대표적인 역할에 대해 부연설명하면 간에서 생성하는 광범위 항산화물질인 글루타치온(Glutathione)의 과산화효소(peroxidase) 8가지 중 5가지가 셀레늄에 의존한다. 이 효소는 활성산소를 최종적으로 무독화하는 기능을 한다. 따라서 셀레늄이 없으면 글루타치온은 제 기능을 할 수 없다.[4] 다른 세포내 주요 항산화물질인 티오레독신(Thioredoxin)에 대해서도 비슷한 역할을 맡는다.[5] 모든 항산화제가 혈관 같은 곳에서의 지질 과산화를 어느 정도 방지할 수 있으므로 셀레늄만의 효능은 아니다.[6] 셀렌단백질(셀레노프로틴)은 정자에 미토콘드리아를 삽입해 운동성을 부여하며, 미성숙 정자를 활성산소로부터 지킨다. 정자 활성산소 공격에 대항하는 사실상 유일한 보호 수단이며 정자가 헤엄치는 기능을 갖는 데 필수적이다 보니 셀레늄이 심각하게 결핍되면 정자가 거의 활성산소에 두들겨 맞고 운동성도 가지지 못해 기형이 되어 남성 불임이 되는 것이다.[7] 셀레늄은 갑상선 호르몬의 탈아이오딘화효소(Deiodinase)의 구성 성분이다. 혈장에 분비된 갑상선 호르몬들의 적절한 활성/불활성 작용을 통해 인체의 항상성을 유지한다.[8] 마이크로그램, 백만 분의 1그램을 말한다. 간혹 약학계에서 혹은 그리스 문자 뮤를 입력할 수 없는 상황에서 mcg로 표기하기도 하나 어쨌든 비표준이다.[9] 사실 이것도 제작사인 번지의 7 이스터 에그 중 하나다. 왜 그런지 알고 싶다면 각 자리의 숫자를 더해 볼 것.