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문서의 [[#|]] 부분}}}}}}| 30 Zn 아연 | |||
| 분류 | 전이 원소 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 65.38 | 밀도 | 7.14 g/cm3 |
| 녹는점 | 419.53 °C | 끓는점 | 907 °C |
| 용융열 | 7.32 kJ/mol | 증발열 | 115 kJ/mol |
| 원자가 | 2 | 이온화에너지 | 906.4, 1733.3, 3833 kJ/mol |
| 전기음성도 | 1.65 | 전자친화도 | 0 kJ/mol |
| 발견 | ? (1000 BCE 이전) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-66-6 | ||
| 이전 원소 | 구리(Cu) | 다음 원소 | 갈륨(Ga) |
1. 개요
푸른 빛을 띤 백색의 금속으로, 구리와의 합금인 황동은 고고학적 연구나 문헌 조사를 통해 고대부터 여러 지역에서 사용된 것이 확인되었으나 구리나 철 등의 금속에 비해 제련이 까다로워 순수한 아연의 생산은 12세기에 이르러서야 본격적으로 시작되었다. 1746년 마르크그라프가 아연의 분리에 성공한 뒤부터는 대규모 공업생산이 가능해졌다. 사람이나 동물, 식물에게 필수적인 원소로, 효소나 단백질을 구성하는 성분이다. 아연을 포함한 효소는 성장이나 발육, 수정능력 등의 조정을 행하며, 그중에서도 탄산탈수효소가 중요한 역할을 행한다. 이것이 기능하지 않으면 체내에 모인 탄산이온이 방출되지 않게 되는 것이다.
2. 언어별 명칭
| <colbgcolor=#f5f5f5,#2d2f34>언어별 명칭 | |
| 한국어 | 아연 |
| 한자 | 亞鉛(아연) |
| 독일어 | Zink(칭크) |
| 라틴어 | Zincum(칭쿰) |
| 스페인어 | cinc(싱크) |
| 영어 | zinc(징크) |
| 일본어 | [ruby(亜鉛, ruby=あえん)](aen, 아엔) |
| 중국어 | 锌(xīn, 신) |
| 프랑스어 | zinc(쟁그) |
3. 이름의 유래
Zinc라는 단어는 스위스 연금술사 파라켈수스가 아연 결정을 보고 그 모양으로부터 갈래, 가지라는 뜻을 가진 독일어 zinke에서 따왔다고 한다.한자어 '아연(亞鉛)'의 용례는 1713년 일본에서 만들어진 책인 화한삼재도회(和漢三才圖会) 59권 '쇠붙이 류(金類)'에서 쓰인 게 제일 처음으로 보인다. #(1715년판)(1888년판) 해당 책에서는 '아직 뭐에 쓰는 물건인지는 모른다. 납과 아주 닮았으니 아연(버금 아+납 연)이라고 칭한다(按ずるに此れ、未だ何物と知らず。甚だ鉛に類す。故に亞鉛と稱す。)' 라고 써져있다. # 그리고 그 일본어 亞鉛이란 표기를 그대로 가져와 음만 한국식으로 아연이라 읽고 쓰게 된 것으로 보인다.
일본어 위키피디아에 따르면 700년대 鍮石(유석) → 1500년대 眞鍮[1](진유) → 포르투갈인 접촉 이후 토탄(トタン, 포르투갈어 tutanaga에서 취음) 후 18세기부터 '아연'이라는 단어가 정착되었다고 한다. 위의 책에서도 '아연'이라는 한자 표기 옆에 "토탄(とたん)"이라고 요미가나를 달아놓았다. た 부분이 헨타이가나.
현대 중국에서는 鋅(강할 자)를 아연이라는 뜻으로 사용한다.
앞서 말했듯 영어 명칭 zinc는 납과는 별 상관이 없다. 대신 재미있게도 몰리브데넘이 그리스어로 납이라는 뜻이다.
4. 생산
보통 은과 카드뮴과 함께 산출된다. 은광의 주요한 부산물 중 하나. 그러나 은광을 제대로 폐쇄하지 못해서 은광이었던 지역 주변의 마을이 아연과 카드뮴 중독으로 폐허가 되는 사례도 있다. 주된 광석은 황화물 광석인 섬아연석이다. 이를 공기 중에서 가열하면 아황산가스와 산화아연을 얻을 수 있는데, 이 산화아연을 이용해 금속 아연을 얻는 생산 공정은 두 가지 방법이 존재한다. 하나는 이렇게 얻은 산화아연을 일산화 탄소나 코크스와 함께 가열해 환원시켜서 얻은 아연 증기를 냉각시키는 것이며,[2] 다른 하나는 산화아연을 황산에 녹여 만든 황산아연 수용액을 전기 분해하여 금속 아연을 얻는 것이다.주요 생산국에는 2023년 기준 중국(420만 톤), 페루(140만 톤), 호주(130만 톤), 인도(83만 톤), 미국(77만 톤)등이 있다. #
국내에선 영풍그룹 산하의 영풍과 고려아연이 해외에서 아연원광을 수입해서 정련한 뒤에 공급하고 있다. 영풍그룹은 아연을 포함한 비철금속 분야에선 세계적으로도 상당히 큰 규모다.
5. 활용
가장 중요한 사용처는 철에 아연을 도금한 함석이다. 내용이 길어져 문단을 분리했으니 아래 참조.높은 금속이온화 경향으로 여러 1차 전지의 음극재료로 널리 쓰인다. 예를 들어 건전지나 은-아연 전지, 공기전지 등. 건전지는 음극(cathod)인 금속 아연이 염화암모늄이나 수산화칼슘 등의 전해액과 반응하여 산화되며 전자를 방출하는 원리이다. 그러므로 건전지를 사용하면 아연이 수산화아연이 되어 소모된다. 은아연전지는 비싸지만 기전력이 크므로 리튬전지가 실용화되기 전에 인공위성 등에 쓰였다. 공기전지는 알칼리 건전지와 비슷한데 감극제로 공기중의 산소를 쓴다. 모두 이온화 경향이 큰 아연을 산화시켜 소모하며 전자방출 에너지원으로 쓰고 있다.
흔히 놋쇠라고 불리는 황동은 구리와 아연의 합금으로 가공성이 좋아 고대로부터 현대까지 장신구나 탄피 등 다양한 용도로 널리 쓰이고 있다.
함량에 따라서 분카힐 합금, 아펙스 합금, 미러 메탈, 잠메탈, 펜톤 메탈 등으로 나눠 불리기도 하는데 이들은 베어링(다만 강도문제로 현재는 거의 쓰이지 않는다), 치과용 합금으로도 쓰인다.
화합물 상태의 용도로는 산화아연(ZnO)이 자외선 차단제에 사용되며, 가전제품과 송전선을 보호하는 서지 프로텍터의 소자인 MOV(Metal Oxide Varistor)의 재료로도 사용된다. 또한 산화아연을 사용한 청색 발광 다이오드가 요즘 크게 주목을 받고 있다. 종래의 질화 갈륨보다 비용도 1/10으로 저렴하여 차세대 청색 발광 다이오드의 원료로 크게 기대된다.
산화 아연은 의료 분야에서도 옛날부터 널리 사용된 화합물로, 상처에 발라 세균 증식을 막거나 자외선 차단제의 성분으로 사용하기도 한다.
건전지에도 쓰이고 함석에도 쓰이고 하니 흔하고 철이나 값싼 금속 같지만 사실은 지각구성비로는 구리나 니켈, 크롬보다 훨씬 구성비가 낮아 그리 많이 나지 않고, 산출도 은광이나 귀금속 제련의 부산물로 나오는 등 제법 귀한 금속이다. 가격은 알루미늄보다는 비싸고 납과 비슷한 가격이다. 구리의 1/3보다 조금 더 되는 정도. 즉 귀금속까지는 아니지만 제법 비싼 금속이다. 현재 아연도금제품의 증가 등으로 인해 고철에 아연 함유량이 늘어나고 있는 추세이므로 대다수의 전기로는 고철을 녹일 때 나오는 아연 증기를 회수해서 재활용하는 설비를 갖추고 있다. 그러나 방식용 희생 전극으로 소모되어버린 아연은 재활용이 전혀 불가능하다. 애초에 아연이 원 금속 대신 녹슬게 하는 게 목적이므로 재활용은 기대할 수 없다.
동전의 재료로도 가끔 쓰이는데, 대한민국 원에서 현재 발행되는 주화로는 유일하게 오십원 주화에 합금으로 18% 포함되어 있고, 2006년 이전 발행되던 옛 10원 주화나 발행 중지된 5원 주화에도 들어갔었던 적이 있다. 미국의 1센트 주화는 97.5%가 들어간다.
18세기 남북분립기 시절의 베트남에서는 남부를 다스리던 응우옌씨 정권이 일본과 중국의 구리수출중단으로 동전 주조가 힘들어지자 대신 아연전[3]을 만들어 유통시켰는데, 동전에 비해 내구성이 떨어져 대량으로 주조한데다 민간에게도 주조권한을 주는 바람에 인플레이션을 발생시켰다.[4]
현대에는 볼 수 없지만 오스만 제국 시절에는 식기로도 사용되었다. 주로 음료수를 담는 병이나 잔을 아연으로 만들고 겉면은 에나멜을 상감하고 보석을 붙이는 식으로 장식했는데 은과 비슷한 색깔을 띄기 때문에 그렇게 썼던 걸로 추측된다.
알루미늄에 다른 금속을 도금하기 전 먼저 도금하는 금속으로도 사용되며, 주석과의 합금은 알루미늄에 납땜하기 위한 용도로도 사용된다. 다만 이러한 땜납으로도 직접적인 납땜은 불가하고, 알루미늄의 산소 친화력으로 인해 알루미늄 산화막을 없애주는 특수 플럭스가 필요하다.
5.1. 함석
아연이 가장 대량으로 이용되는 분야로는 철에 아연을 도금한 함석이 있다. 함석은 오랜 시간 비바람에 견딜 수 있는 철판인데, 이것은 아연이 철보다도 이온이 되기 쉬운 성질(이온화경향[5])에 따른 희생전극 현상을 이용한다.[6]식기나 도시락통, 통조림 통 음료수 캔 등 식기용의 재료나 코팅재로는 현대에는 사용되지 않는데 생체 필수 원소이기는 하지만 과잉 섭취하면 몸에 해롭기 때문에 식기나 음료수 통에는 사용할 수 없다. 식기 용도로는 주석이나 알루미늄이 주로 사용된다.
아연은 용융 상태에서 냉간압연강판을 용탕에 통과시켜 도금되거나, 전해용액에서 전기도금된다. 아연도강판은 고속도로 가드레일이나 신호등 기둥에서 흔히 볼 수 있다. 표면에 불규칙적인 점무늬가 있는 경우는 대부분 아연도강판이다. 철이 산화하기 전에 표면의 아연이 먼저 산화되어 내부의 철을 지키는 것이다. 게다가 아연은 산화되어도 흰색이기 때문에 그만큼 눈에 띄지 않는다. 반면 아연은 산화 서열이 높으므로 노출시간이 길어지면 지속적으로 부식되므로 방식 작용이 아주 오래 가는 편은 아니다. 아연에 알루미늄을 섞어 도금할 경우 알루미늄의 산화피막에 의한 보호작용이 더해져 더욱 높은 방식능력을 갖게 된다. 이를 흔히 갈바륨(Galvalume)이라고 하며 고급 도금강판으로 취급된다.
양철(생철)과 혼동하곤 하는데, 이건 아연 대신 주석을 철판에 도금한 것으로서 20세기 전반에는 널리 쓰였지만 요즘은 주석이 너무 비싸져 보기 어렵고 대부분 아연을 도금한 함석판을 양철판 대신 쓰게되어 함석판을 양철판이라고 부르는 경우가 많다. 양철 지붕도 양철판이 아니라 대부분 함석 지붕이거나 알미늄 도금 철판이 많다.
얇은 아연도강판(0.2-0.5mm)은 함석판으로 불리며 금속광택이 강하고 특유의 아연결정 무늬가 있어 일반강판과 쉽게 구분된다. 함석가위로 쉽게 자르고 쉽게 구부리고 접어 다양한 형상으로 만들 수 있으므로 건축용 각종 판재, 빗물받이 홈통, 환기용 덕트, 보일러나 난로의 굴뚝 파이프로 많이 쓰였다. 가공하기 쉬운 철판으로 학교나 가정에서 간단한 DIY 공작에도 널리 쓰인다. 창고나 축사, 간이 군대막사 같은 가설건물 등에 값싼 지붕재료로 파도무늬로 주름을 잡은 얇은 함석판이 많이 쓰였다. 그 위에 광명단 등 페인트를 칠하는 경우도 있다. 이런 지붕을 함석지붕이라고 불렀고 지붕에 소나기나 비가 내리면 특유의 요란한 소리가 나서 제법 서정적인 느낌을 준다.
5.2. 모형 분야
모형쪽에서도 아연 합금은 전통적으로 쓰여왔다. 다이캐스트 모형 참고. 장난감 중 분명 금속인데 강도는 일반 금속보다 떨어져 쉽게 깨지거나 닳아 빠지는 성질을 가지고, 도금이 벗겨지거나 부러진 부분이 마치 쇳가루를 뭉친 것 같은 형태를 띠는 두툼한 금속 부품들이 이것. 반다이가 광고하는 초합금도 결국은 아연 합금이다. 이름과는 달리, 가공하기 쉽도록 굉장히 무른 합금을 사용하므로 생각보다 쉽게 부러지고 바스라진다.미국에서는 자마크, 유럽에서는 마자크라고 불리는 이 합금은 아연 90% 이상의 베이스에 알루미늄, 안티모니, 마그네슘, 구리, 주석 등의 타 금속을 1% 안팎 정도 혼합하여 다이캐스팅 방식으로만 제조되며 금속 제품 중에서 제일 하급의 물건으로 취급된다. 성질 상 강한 내구력을 요구하지 않지만 형상이 복잡해 쉽게 깎거나 찍어서 만들기 어려운 기계 부품으로 쓰인다. 예를 들어 모노폴리의 금속 말 따위나 조립식 프라모델이나 장난감의 금속부품 따위.
총기회사 중에 이 아연합금 다이캐스팅으로 최저가 권총, 그러니까 진짜 총을 만들어내는 하이포인트라는 미친 회사도 존재한다. 그나마 하이포인트 사는 약한거 알고 그야말로 아연합금을 떡칠을 해서 내구성을 확보하는데 성공해서 사람..그러니까 사용자를 잡아먹진 않는다. 이 회사 이외에도 새러데이 나잇 스페셜이라 불리는 싸구려 권총 제품군들 또한 이 아연합금으로 캐스팅하는 제작회사들이 꽤 된다. 다만 품질은 그 하이포인트가 양반으로 보일 정도로 개판이지만.
토미카 역시 제품에 아연 합금을 적극 활용하고 있다. 재질표시를 보면 아연합금이라고 써져있다만 차체만 금속이고 하판은 대부분이 ABS(플라스틱)이다.
베이블레이드 시리즈의 팽이들의 금속 부품도 아연 합금으로 만든다. 그 중 베이블레이드 버스트 초제트의 초제트는 아연의 원소 기호인 Zn에서 따왔다. 초 + Z이다. 이 시리즈 역시 아연 합금으로 만들었다.[7]
5.3. 생체 이용
아연은 인체에 필수적인 미량무기질이다. 체내에서는 주로 단백질과 결합한 형태로 존재하며, 효소 작용, DNA와 단백질 합성, 세포 분열, 면역 기능, 상처 회복, 성장과 발달, 미각 유지 등에 관여한다. 아연이 부족하면 성장 지연, 식욕 저하, 설사, 피부 이상, 탈모, 잦은 감염, 미각·후각 변화 등이 나타날 수 있다.아연이 면역 기능에 관여한다고 해서 많이 먹을수록 면역력이 계속 올라가는 것은 아니다. 결핍이 있는 사람에게 보충은 도움이 되지만, 이미 충분한 상태에서 고함량 아연을 장기 복용한다고 해서 정상 이상의 면역력이 생긴다고 보기는 어렵다. 다만 감기의 경우에는 예외적으로, 증상 초기에 아연 로젠지나 시럽을 사용하면 감기 지속 기간을 다소 줄일 수 있다는 근거가 있으나, 예방 효과나 증상 강도 감소는 일관되지 않다.
아연 결핍은 누구에게나 흔한 것은 아니지만, 한국인에게 거의 없다고 단정하는 것도 정확하지 않다. 한국인 자료에서는 평균 아연 섭취량이 기준 이상이었지만, 전체적으로는 약 3명 중 1명이 평균필요량을 충족하지 못했고, 특히 19~29세와 75세 이상에서 부족 비율이 더 높았다. 위장관 질환이 있거나, 비건·채식 위주의 식사를 하거나, 임신·수유 중이거나, 6개월 이후에도 완전모유수유만 지속하거나, 알코올 사용장애가 있는 경우에는 결핍 위험이 더 높다.
식품으로도 아연은 충분히 섭취할 수 있다. 굴, 소고기, 돼지고기, 게, 강화 시리얼, 호박씨 같은 식품에 아연이 많다. 식물성 식품에도 아연이 들어 있지만, 통곡물과 콩류에 많은 피틴산은 아연 흡수를 방해할 수 있으므로 식단 구성이 중요하다. 따라서 식사를 다양하게 하고 있다면 보충제가 반드시 필요한 것은 아니다.
손톱에 생기는 작은 흰 반점을 곧바로 아연 부족의 증거로 보는 것은 부정확하다. 손톱의 흰 점은 대개 경미한 외상 때문에 생기며, 일반적으로 큰 의미가 없는 경우가 많다. 아연 결핍이 손톱 이상과 전혀 무관하다고 할 수는 없지만, 흰 반점만으로 결핍을 단정해서는 안 된다.
보충제로 아연을 섭취할 때는 용량 조절이 중요하다. 성인 기준 권장 섭취량은 대체로 하루 8~11 mg 수준이며, 성인의 상한섭취량은 하루 40 mg이다. 아연을 과하게 섭취하면 메스꺼움, 구토, 복통, 설사, 식욕 저하, 두통 같은 증상이 생길 수 있고, 50 mg 이상을 몇 주 이상 복용하면 구리 흡수를 방해해 구리 결핍, 면역 기능 저하, HDL 저하, 빈혈이나 신경계 이상으로 이어질 수 있다. 비강용 아연 제제는 후각 소실과 관련된 보고가 있어 피하는 편이 안전하다.
결론적으로 아연은 부족하면 보충할 가치가 있지만, 일반적인 건강한 성인이 근거 없이 고함량 아연을 장기 복용할 이유는 크지 않다. 정확한 방향은 “아연은 필수지만, 많이 먹을수록 좋은 영양소는 아니다” 정도로 정리하는 것이 맞다.
6. 기타
- 분명 영어로는 Zinc인데 1980년대 한국 TV에서는 아연을 포함한 영양제 광고를 내보내면서 원소기호인 Zn을 그대로 제트-엔으로 읽어서 제텐을 섭취해야 한다고 큰 소리로 외친 광고가 있다.
- 심슨 가족 3 16회에서 스프링필드 초등학교 학생들이 아연에 대한 교육영화를 보는 장면이 있다. # 세상에서 아연이 사라지자 자동차 배터리도 없어지고 전화도 못 걸게 되고 자살하려는데 총도 못 쏜다. 그러자 'Come back zinc, come back!'하고 울부짖는 내용.
- 소련-아프가니스탄 전쟁 당시 전사한 소련군들의 시신들은 현지에서 매장하지 않고 아연으로 만든 관에 담겨 An-12 수송기에 실려 소련으로 돌아온 후 고향의 유가족들에게 전달되었다. 이를 소재로 한 노벨문학상 수상자 스베틀라나 알렉시예비치의 대표작이 아연 소년들이다.
- 용접할 때 골치아픈 도금재료 중 하나로 아연도금된 철은 용접이 잘 안된다. 철의 녹는점인 1,500도에서 격렬하게 승화해버려서 사방팔방에 쇳물을 튀기고 아연 증기가 공기중에서 굳어서 날아다니기 때문. 심지어 이 아연증기를 호흡기를 통해 들이마시면 아연중독으로 다음날 근육통에 시달린다고 한다.
[1] 현재에는 아연이 포함된 구리 합금인 황동을 나타내는 표현으로 쓰인다.[2] 아연이 코크스나 일산화탄소에 의해 환원되는 온도는 아연의 끓는점보다 높아서 아연 증기가 생성된다. 이때 생성된 고온의 아연 증기는 산소와의 접촉을 차단하지 않으면 다시 산화되기 때문에 고대에는 순수한 아연 금속을 제련하는 것이 까다로웠다. 때문에 금속 아연의 본격적인 생산은 구리나 철 등에 비해 상당히 늦은 12세기에 이르러서야 북인도에서 처음으로 이루어졌다. 이 방법으로 아연을 생산할 때는 불순물로 함유된 카드뮴에 의한 카드뮴 증기도 함께 생성되는데, 카드뮴 증기는 아연과 카드뮴의 끓는점 차이를 이용해 증류법으로 분리한다. 후자의 생산 방법에서는 전기분해 시 남는 황산카드뮴 수용액을 침전시켜 분리한다.[3] 베트남어 원어로는 동껨(銅鐱, đồng kẽm). '鐱'은 아연을 의미하는 베트남어 단어 'kẽm'의 쯔놈식 음차자다.[4] 출처: 유인선, 『베트남의 역사 (고대에서 현대까지)』, 이산, 2018, p219~p220[5] 이온화 경향 높음 ← K - Ba - Ca - Na - Mg - Al - Zn - Fe - Ni - Sn - Pb - (H) - Cu - Hg - Ag - Pt - Au → 이온화 경향 낮음, 다시 말해 철보다 아연이 녹슬기 쉽다.[6] 반대로 양철은 철에 그보다 이온화 경향이 낮은 주석을 도금한 것이라 긁히는 등의 상처가 생기면 그냥 철보다도 더 심하게 부식되거나 녹이 슬기 쉬운 상태가 되어버린다. 통조림에 "개봉 후 남은 것은 유리 그릇 등에 옮겨 냉장 보관하십시오."라는 글이 표시된 것도 이 때문이다.[7] 베이의 레이어 파츠의 일부분을 아연합금을 사용했을 뿐, 실제로 팽이 자체를 아연합금으로 만든 것은 아니다.[8] 바닥 상태에서 d껍질이 불완전하게 채워져 있거나, d껍질이 불완전하게 채워져있는 양이온을 만들 수 있을 것.