<과학교사가 알려주는 원소이야기 28.

통하였느냐, 구리(銅>

 

 

 

 

 안녕하세요. 과학교사 정은희입니다.

고대시대에서 금속을 다루는 문명의 문을 연 시대는 바로 청동기 시대였죠! 청동의 동은 무엇일까요? 여기서 '동'은 구리입니다.

동전은 구리로 만든 돈이라는 뜻을 가지고 있습니다. 그럼 얼마나 많은 곳에 구리가 사용되고 있는지 알아볼까요? 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

구리의 발견 및 명명

 

구리, copper는 고대부터 알려져 왔습니다. 가장 오래된 구리 제품은 기원전 8800년경 이라크에서 발굴된 구슬이죠. 정련이 시작된 것은 기원전 3000년경입니다. 역사가 참 오래되었죠? 어원은 구리의 산지로 유명한 키프로스 섬의 라틴어명인 Cuprum에서 유래되었습니다.

 

구리는 적갈색을 띠는 금속으로 자연계에서 모두 원소 상태로 발견됩니다. 연성과 전성이 아주 크고 비교적 무른 편에 속하죠. 순수 금속 중에서는 은 다음으로 열과 전기가 잘 통하는 특성을 가지고 있습니다.

실온에서 물과 공기에 반응하지 않지만, 가열하면 산화되어 주로 산화구리(Cu2O)가 됩니다. 습한 공기에서는 습기와 이산화탄소의 작용으로 푸른색 녹이 스는데, 이 녹이 방어막 역할을 하므로 더 이상의 부식은 진행되지 않는다고 해요. 고대의 구리 제품이 초록색을 띠는 이유랍니다!

 

 

 

 

 

구리의 이용

 

구리가 가장 많이 사용되는 곳은 전선입니다. 전체 사용량의 약 60%를 차지하죠. 두드려 얇게 펼 수 있는 전성이 좋고, 전기가 잘 통해서 전선으로 이용되는 것입니다. 전기제품의 회로, 배선, 케이블 등에 쓰이고 있습니다. 또한 열을 잘 통과시키고 분산시키기 때문에 전자기기의 방열기와 열 교환기로 사용되고 있습니다.

 

 

구리의 약 20%는 송수관과 지붕 재료로 사용되고 있습니다. 내부식성이 좋고 열이 잘 통하기 때문에 수도관과 난방용 배관 등에 많이 쓰이고 있습니다. 예전에 지어진 건물을 보면 지붕이 푸른 초록색을 띠고 있는 것을 볼 수 있을 거에요. 구리로 만들어진 지붕이기 때문에 시간이 흐르면서 습기와 반응하여 녹이 슨 것입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

인체와 구리

 

구리는 인체에 필수적인 원소입니다. 체내에는 약 80mg의 구리가 주로 단백질에 결합된 채로 존재하고 있습니다. 뇌, 신장, 혈액 등에 많이 들어있죠. 산소운반과 전자 전달의 역할을 맡고 있어요. 산소를 운반하는 헤모글로빈의 필수 성분입니다. 이외에도 ATP합성에도 관여하며, 항산화 기능 촉진, 여러 효소 작용 등에 필수적입니다.


구리가 결핍되면 헤모글로빈과 적혈구 형성이 원활히 되지 않아서 빈혈이 올 수도 있습니다. 또한 뼈의 손상, 백반증, 성장 장애 등의 이상이 수반되죠. 하지만 일반적인 사람에게 구리 결핍증이 일어나는 경우는 드물다고 하네요! 게다가 구리는 독성도 거의 없어요. 너무 걱정하지 않아도 될 것 같네요!

 

우리나라 동전과 구리

 

현재 우리나라에서 사용되는 동전에는 모두 구리 합금이 들어있습니다. 1원 동전만 알루미늄으로 제작되었죠.

화폐 금속 중에서는 구리가 제일 싸기 때문에 많이 사용되었습니다. 10원짜리 동전을 신발 안에 보관하면 탈취효과가 있다고 하는데요. 이는 10원짜리 동전 안에 있는 구리성분이 항균작용을 하기 때문인데, 냄새와 세균증식을 억제할 수 있다고 하네요.

 

실제로 이런 구리화합물의 항균 성질을 이용해서 살충제나 곰팡이를 예방하는 항균제로, 또는 항균동의 침대 난간이나 세면대 등에도 이용한다고 합니다. 또한 어선과 선박 바닥에 구리 합금 피막을 입히는데요. 조개류가 붙어서 번식하는 것을 막기위함이라고 합니다.

 

 

구리가 없었다면 전선 보급이 어려워 지금처럼 전기를 쓰지 못했을 것입니다. 지금처럼 난방기구가 잘 구비되어 있지도 않겠죠? 전기와 열이 잘 통하는 동().  구리 같은 이해력으로 제 뜻이 잘 통하였기를 바라면서 포스팅 마치겠습니다 : )

 

 

선생님의 한마디

 

문어나 굴, 달팽이의 피의 색깔 보신적 있으신가요?

파란색인데요. 이 생물들의 혈액에는 헤모시아닌이라는 물질이 있어요. 이 물질은 구리를 대량 함유한 단백질인데 산소를 운반하는 역할을 합니다. 원래는 무색에 가까운데 산소와 결합하면 청색으로 변한다고 해요. 그래서 우리가 눈으로 볼 땐 갑각류나 연체동물의 혈액이 파란색인 것이랍니다!

 

 

 

 

 

 

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

빨주노초파남보 다양한 색깔의 불꽃! 그 원리는?

 

안녕하세요! 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 소통이입니다. 올 2015년은 60년만에 돌아온 청양의 해입니다. 청색은 빠르고 진취적인, 긍정적인 의미가 있다고 하는데요. 우리모두 푸른 양의 기운을 받아 좋은 일만 가득하길 바랍니다:)

 

새해를 맞이해서 불꽃축제가 여기저기서 팡팡 터졌었죠. 하늘에 피어오른 불꽃을 보니 멋있다는 생각이 들긴 하지만, 어떻게 저렇게 색깔을 다양하게 만들어서 터질 수 있는지 소통이는 궁금했습니다.

 

불꽃은 어떻게 만들어질까요?

 

불꽃은 질산염 등의 산화제와 목탄, 황 등이 결합된 화약과 색화제와 발연제를 반죽해 만든 (화약인성)이 연소반응을 일으키는 것입니다. 이 때 소리와 연기가 함께 하면서 시각적으로나 청각적으로 웅장함을 극대화 시켜주기도 하죠.

 

종이로 만든 속이 빈 구 모양의 옥피(玉皮)안에 쏘아올림용 화약과 별, 활약, 도화선 등이 다 들어가 있는데요. 쏘아올렸을 때 도화선에 불이 붙고 시간이 지나면서 원하는 곳에 도달했을 때, 화약이 터지면서 별이 날아 흩어지는 것을 보는 것이 불꽃놀이인 것입니다.

 

 

불꽃 모양은 옥피(玉皮) 안 별의 배치에 따라 달라진다고 하는데, 별의 다양한 배치의 결과가 우리에게 더욱 더 불꽃의 아름다움을 선사해주는 것은 아닐까 싶습니다.

 

 

불꽃의 다양한 색은 어떻게 만들어지는 것일까요?

 

에 어떤 금속을 넣어 배합하느냐에 따라 불꽃의 색이 결정되는데요. 이는 불꽃반응을 생각하시면 쉽습니다. 불꽃반응 기억나시나요? 금속원자가 포함된 시약에 담궜던 꼬챙이(?)를 불꽃 속에 넣고 가열하면 불꽃의 색이 변하곤 했죠.

이 실험을 응용하면 불꽃에 어떤 금속이 들어있구나라는 것을 알 수 있습니다+_+

 

불꽃반응의 결과를 생각하면서 맞춰보시겠어요? (빈칸을 드래그 해보세요)

 

황록색 불꽃이 보인다면? 바륨(Ba)이 많이 들어있어요.

주황색 불꽃이 보인다면? 칼슘(Ca)이 많이 들어있어요. 

보라색 불꽃이 보인다면? 칼륨(K)이 많이 들어있어요.

황색 불꽃이 보인다면? 나트륨(Na)이 많이 들어있어요.

적색 불꽃이 보인다면? 스트론튬(Sr)이 많이 들어있어요.

청록색 불꽃이 보인다면? 구리(Cu)가 많이 들어있어요.

은백색 불꽃이 보인다면? 알루미늄(Al)이 많이 들어있어요.

 

<사진출처 : 두산백과>

 

불꽃놀이에 불꽃반응의 결과가 응용되니 신기한데요! 역시 화학의 신세계는 끝이 없네요+_+ 한가지 색의 불꽃으로만 불꽃놀이가 시작된다면 조금 심심한 불꽃놀이였을지도 모르겠습니다.

 

여기서 잊지 말아야할 사실! 일반인들의 불꽃제조는 화약관리법에 의해 금지되어 있다고 하니 우리는 그냥 불꽃놀이를 즐기는걸로~~ §:)

 

 

 

 

 

 

 

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<미생물을 죽이는 만능 금속, 구리!, Cu>

 

 

 

회식을 마치고 신발을 찾다가, 과장님 구두 안에 십원짜리 동전이 굴러다니는 걸 보았습니다. 왜 저기 동전이 있을까, 냄새를 상상(?)하며 인상을 살짝 찌푸리다가 갑자기 예전에 어딘가에서 동전이 발 냄새를 없앤다는 이야기를 들었던 기억이 떠올랐습니다.

 

동전이 어떻게 발 냄새를 없애는 거지? 동전이 발 냄새를 다 흡수하는 걸까? 그렇다면 동전은 발 냄새를 고이 머금고 있는 녀석이란 말인가?

 

갑자기 지갑 안에 있는 십 원짜리 동전을 전부 버리고 싶어집니다.ㅎㅎ 하지만 안심하셔도 됩니다. 동전이 냄새를 흡수하는 것이 아니라 냄새를 만들어 내는 세균을 죽이는 것이니까요
* 발 냄새는 발에 있는 세균들이 각질을 분해하면서 만든 이소발레르산의 냄새입니다.

 

조금 더 정확히 이야기하면, 동전의 주성분인 구리가 세균을 죽이는 것입니다. 무생물인 구리가 세균을 죽인다니, 조금은 생소한 이야기입니다. 하지만 실제로 구리는 공공장소의 금속 손잡이, 난간, 에어컨 시스템 등에 살균 목적으로 쓰이고 있습니다. 물론 처음부터 구리가 공중 보건에 쓰인 것은 아니었습니다. 1976년 발생한 필라델피아 재향군인병 사태 이후였지요.

 

 

 

 재향군인병이라고?

 

때는 1976년 7월, 필라델피아의 한 호텔의 컨벤션 센터에서 펜실베니아 주 재향군인회가 미국 독립 200주년을 기념하기 위해 모였습니다. 그런데 행사가 시작한지 며칠 지나지 않아 200명이 넘는 사람들이 빈호흡과 가슴 통증을 호소하기 시작한 것입니다. 사람들은 총 34명의 목숨을 앗아간 이번 사태를 돼지 인플루엔자와 같은 전염병이 아닐까 추측을 했습니다. 얼마나 끔찍했던지 과학계 및 대중매체는 이 사태가 재향군인을 겨냥한 테러가 아닐까 하는 공황에까지 빠지게 되었다고 합니다.

 

물론 1977년 1월, 질병관리본부의 전례 없는 수사 끝에 이 사건이 전염병도, 테러도 아니었음이 밝혀집니다. 호텔 에어컨 시스템에서 어떤 균이 발견되었던 것이죠. 이 균은 건물 냉방기의 냉각탑수나 배관시설의 오염된 물에서 번식하여 호흡기를 통해 전파되는 균으로, 감염될 경우 감기처럼 목이 붓고 고열, 설사 등의 증세를 보이며 폐렴으로 발전하는 경우 높은 치사율을 보인다고 합니다.

 

 

미국의 질병통제센터는 재향군인(legionnaire)회에서 이름을 따, 이를 각각 재향군인균(legionella), 재향군인병(legionella disease)이라고 명명하였습니다. 잇달아 공기와 물을 더 깨끗하게 공급하기 위한 법이 제정되었고, 기반시설을 개선하는 방법으로 구리관을 사용하게 되었습니다.

 

미량동 작용

 

어디에서든 잘 살 것만 같은 세균이 구리를 만나면 죽는 것은 바로 미량동 작용(oligodynamic action) 때문입니다. 미량 살균 작용이라고도 불리는 미량동 작용은 콜로이드가 세포 원형질 속의 설퍼하이드릴기(-SH)의 황과 강하게 결합하여 산화환원계를 저해하는 작용입니다. 세균이나 균류가 구리의 표면을 지나갈 때, 구리 원자가 미생물의 대사작용을 교란시키는 것이지요. 그 결과, 몇 시간 안에 미생물이 죽게 됩니다.

 

이런 구리의 미량동 작용은 1893년, 스위스의 식물학자 Karl Wilhelm von Nageli에 의해 처음 기술되었습니다. 하지만 4000년 보다 더 먼 과거로 거슬러 올라가 이집트 파피루스의 기록을 살펴보면 살균하는데 구리 화합물을 사용했다는 내용이 나오며, 고대 페르시아에서 식수를 구리 그릇에 저장해야 한다는 법이 있었던 것으로 보아, 구리의 향균 효과는 이미 오래 전부터 인정받아 왔음을 알 수 있습니다.

 

미량동 작용을 하는 다른 금속들에는 은, 납, 수은, 백금, 코발트, 주석 등이 있습니다. 그 중에서도 병원체를 비교적 빨리 죽이고 다른 금속과는 다르게 독성이 없는 구리와 은이 우리 생활에 많이 쓰이고 있지요.

 

원자번호 29번, 만능금속 구리!

 

석기 시대에서 청동기 시대로 넘어가는 데 주역이 되면서 인류 문명 발달에 크게 기여한 원자번호 29번 구리, 주석과 만나면 푸른 구리(청동), 아연과 만나면 누런 구리(황동), 니켈과 만나면 하얀 구리(백동)으로 변신하는 카멜레온 금속 구리. 전성과 연성이 좋아 전선으로 사용되고, 잘 부식되지 않고 열을 잘 통과시켜 송수관과 지붕 재료로도 사용될 뿐만 아니라, 미량동 작용으로 살균까지 해주는 구리. 구리를 만능 금속으로 임명합니다!

 

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