<과학교사가 알려주는 원소이야기 31. 기적의 원소, 게르마늄>

<과학교사가 알려주는 원소이야기 31.

 기적의 원소, 게르마늄>

 

 

안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

혹시 게르마늄 원석에 대해 들어보셨나요?

아마 어르신 분들이 많이 찾으시는 건강팔찌의 주원료로 이용되고 있기도 해서 한번쯤 보셨을 수도 있는데요.

프랑스 루르드 성수에 이 원소가 있다고 하여 한 때 기적의 원소라고 불리기도 했습니다.

어떤 특징을 가지고 있는 원소인지 같이 알아볼까요?

 

 

 

 

 

게르마늄(Ge)의 발견

 

저마늄(영어) 또는 게르마늄(독일어)로 불리는 이 원소는 1869년, 드미트리 멘델레예프가 예견한 원소 중 하나인데요. 규소와 주석 사이에 존재할 것이라고 예측하여 에카-규소라고 불렀습니다. 당시 발견되지 않은 원소에 대해 명명하는 것에 대해 부정적인 의견들도 많았지만 1885년 독일 프라이부르크 광산에서 은의 함량이 높은 광석이 발견되고 빙클러가 그 광석에서 새로운 원소를 발견하게 되면서 이 원소는 실제하는 원소임이 밝혀집니다. 빙클러는 본인의 모국인 독일을 나타내는 라틴어  ‘Germania’을 따서 'Germanium'이라고 명명하였습니다.

 

 

게르마늄(Ge)과 트랜지스터

 

게르마늄을 처음 산업에 이용하게 된 것이 바로 트랜지스터인데요. 트랜지스터는 반도체를 이용하여 전기 신호를 발생시키거나 증폭시키는 소자를 말하는데 1940년 쇼클리에 의해 게르마늄이 교류를 직류로 변환시킨다는 성질이 있다는 것이 밝혀져 트랜지스터에 활발히 사용되다가 고순도 규소 반도체가 개발되면서 게르마늄은 대체되었죠.

 

 

이산화게르마늄

 

게르마늄은 회백색의 금속으로 공기 중에서는 안정적이지만, 가열하면 산화가 일어나는 특징이 있습니다. 또한 염산이나 묽은 황산에는 용해되지 않지만 뜨거운 진한 황산이나, 알칼리 용액에는 용해되기도 하는데요. 공기 중에서 산화시키면 가장 산업적으로 많이 이용되는 이산화게르마늄 형태가 됩니다. 이산화게르마늄과 게르마늄이 함께 사용된 유리는 적외선 장치에 많이 이용되는데요. 적외선을 잘 투과시키고 굴절률이 높아서 야간 투시 장치 등에 사용되고 있습니다.

 

 

 

 

또한 이산화게르마늄은 흰 파우더 형태로 여러 고분자 중합에 촉매로 사용되고 있기도 한데요. 투명도가 요구되는 고분자 중합에 많이 사용되고 있으며 주로 PET 중합시에 사용되고 있으나 비용이 높다는 단점이 있습니다. 이 이산화게르마늄은 탄소가 포함되어 있지 않은 무기 게르마늄으로 인체에 사용은 불가합니다.

 

 

 

 

유기 게르마늄

대부분의 상황버섯, 홍삼, 마늘 등 약용식물 등에 게르마늄의 함유되어 있다고 알려져 있는데 음식에 들어있는 게르마늄의 형태는 유기 게르마늄입니다.

이 유기 게르마늄은 게르마늄과 탄소의 결합이 있는 화합물로 독성이 없는 것으로 식용으로도 쓰이는데요. 게르마늄은 인체에 필수 원소라고 알려져 있지는 않으나 면역력 강화에 좋고 암과 같은 질병치료에도 효능이 있다고 하여 건강기능식품 등 다양하게 상품화되어 있습니다.

다만 게르마늄의 효능을 과학적으로 입증하는 것에 대해서는 아직까지 의견이 분분하기도 합니다.

 

 

선생님의 한마디

 

전자산업에서도 게르마늄의 활용도는 계속 증가하고 있는데요, LED 및 반도체 등에도 사용되고 있고 최근에는 리튬이온전지에 이용할 수 있는 게르마늄 소재도 개발되었습니다. 게르마늄을 전극 소재로 이용하게 되면 많은 양의 리튬을 저장할 수 있어 충전과 방전을 1000회 이상해도 성능에 지장을 주지 않고 배터리의 연장을 실현할 것이라고 기대를 모으고 있습니다. 산업적인 측면이나 건강관리에 있어서도 적은 양으로 기적적인 큰 효과가 있다고 알려진 게르마늄, 앞으로도 또 어떤 새로운 분야에 적용될지 기다려지네요!