<과학교사가 알려주는 원소이야기 25.

문명의 문을 열었던 원소, 철>

 

 

 

안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

화학 I 교과서의 첫 장을 펼쳐보면 인류 문명에 영향을 준 여러 가지 사건들에 대해 배우게 되는데, 그 중 하나가 철의 제련입니다. 철은 자연 상태에서 산소와 결합한 형태인 철광석으로 존재하기 때문에 철을 이용하기 위해서는 철광석에서 산소를 제거하여 순수한 철을 얻는 과정을 거쳐야 합니다. 인류가 철광석에서 순수한 철을 만들어 내는 기술을 개발하여 본격적으로 철을 이용하게 됨으로써 철기 시대가 도래하였습니다. 철, 어떤 물질이기에 인류 문명을 활짝 열 수 있었을까요?

 

 

 

철(Fe)의 산화

 

철은 회백색의 금속으로 녹는점은 1,530℃, 비중은 7.86이며, 공기 중에 쉽게 산화되어 적갈색의 녹이 습니다. 산화물 보호피막을 만드는 알루미늄과는 달리, 녹슨 면이 떨어져나가고 새로운 표면이 다시 녹슬기 때문에 계속해서 산화가 일어납니다. 녹스는 것을 방지하려면 산소나 물과의 접촉을 막을 수 있는 피막을 입히면 철의 부식을 방지할 수 있는데요. 페인트 칠을 하거나 아연이나 마그네슘을 도금해주면 됩니다. 아연과 마그네슘이 반응성이 더 커서 철보다 먼저 산화되어 철은 보호되기 때문입니다.

 

 

 

철(Fe)의 이용

 

철은 전 세계의 금속생산량 95%를 차지하고 있습니다. 매장량이 풍부하고 가공하기 쉽기 때문이죠. 탄소와 합금하여 경도와 강도를 높인 채로 건축 구조 재료, 자동차, 선박, 각종 기계 등 산업 전반과 생활 용품에서 널리 사용되고 있죠. 크롬이 함유된 철은 강도가 높아서 스테인리스강이라고 합니다. 이전 포스팅에서 다루었어요! (http://www.finelfc.com/400)

 

철로 만들어진 용품이 아니어도, 철을 이용한 기계로 만들어졌을만큼 철은 매우 중요합니다. ‘산업의 쌀’이라고 불릴 정도니까요!

철 화합물인 염화제2철(FeCl3)은 수질관리나 하수처리의 응집제, 색소나 잉크로 사용되는 프러시안 블루 제조, 동물 사료, 지혈제에 쓰이고 있습니다. 황산제1철(FeSO4)은 다른 철 화합물을 제조, 시멘트의 크롬산염을 환원, 식품 첨가제로 그리고 철 결핍에 따른 빈혈증을 치료하는데 사용됩니다.

 

철은 다른 전이 금속원소들과 마찬가지로 배위화합물을 만드는데요. 배위화합물이란 1개의 원자에 몇 개의 이온이나 분자가 배열하여 결합한 것입니다. 철의 배위화합물 중에서 가장 대표적인 것은 프러시안 블루(Fe7(CN)18(H2O)x)입니다. 프러시안 블루는 청색 안료로 물에 녹지 않고 콜로이드를 만드는 성질이 있기 때문에 검정색과 푸른 잉크 제조, 페인트, 생물 조직 염색, 청사진에도 사용되고 있습니다.

 

 

 

우리 몸 속의 철(Fe)

 

철은 대부분의 생물체의 필수 원소입니다. 철이 인체에 필수적이라는 사실은 기원전 5세기경 그리스 시대부터 알려져 있었다고 해요. 체중 70kg 성인의 몸에는 약 6g의 철이 있는데, 단백질과 효소, 헤모글로빈에 포함되어 있습니다. 각종 신진대사는 물론 세포에 산소공급을 하기 위해서는 철이 필수적이죠! 위의 그림과 같이 헤모글로빈 중심에는 철 원자가 있는데, 폐에서 산소와 결합하여 온몸의 세포에 운반하는 역할을 합니다. 산소와 잘 결합하고 분리되지만 일산화탄소와는 200배 더 잘 결합한다고 하네요. 일산화탄소 기체가 왜 위험한지 아시겠죠?

 

철이 부족하면 체내 산소 공급이 제대로 이뤄지지 않아 빈혈이 생깁니다. 또한 주의력 결핍, 탈모 등이 발생할 수도 있어요. 반대로 과다하게 섭취하면 혈액에 결합되지 않은 철이 증가하고, 잉여 철들이 과산화물(일반적인 산화물에 산소원자가 더해진 화합물)과 반응하여 DNA나 단백질 등을 손상시킬 위험성이 있습니다.

 

 

수 천년 전에 발견되어 인류에게 큰 변화를 안겨준 철. 건축, 무기, 항해 등 인류 발전 전반에 걸쳐있으면서 장족의 문명 발달을 이루게 해주었습니다. 철이 없었다면, 발견하지 못했더라면 우리는 지금 어떤 사회에서 살고 있을까요? 청동기 시대? 아직 중세시대와 같은 환경에 머물러 있을까요? 오늘 하루라도 우리 주위에 얼마나 많은 철이 있는지 인지해보면서 하루를 마무리 해보는 것은 어떨까요 : )

 

 

 

 

선생님의 한마디

 

세포들이 건강히 운동을 하려면, 뇌가 빨리 돌아가려면 세포에 산소가 충분히 공급되어야 합니다. 특히 여성분들은 생리로 인한 피의 배출로 철분이 상대적으로 부족할 수 있어요. 어떤 이유에서건 우리는 철분을 잘 챙겨먹어야 합니다!

해조류와 토마토, 굴, 계란 노른자를 비롯하여 육류, 간, 견과류에도 많이 들어있다고 합니다.

실생활에서 쉽게 먹을 수 있는 것들이니, 인스턴트만 먹지 말고 건강 음식! 잘 챙겨드세요~

 

 

 

 

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소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

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