중금속
중금속(重金屬, heavy metal)이란 용어는 여러 의미를 가지고 있다. 화학자들 사이에서 일반적으로 받아들여 지는 정의에 따르면, 중금속은 주기율표에서 구리와 납 사이에 있는 원자 질량이 63.546에서 200.590 사이이고, 비중이 4.5보다 큰 원소 집합을 말한다.
중금속에 대한 좀 더 엄격한 정의는 중금속을 희토류 금속보다 무거운 금속으로 제한하여 정의하고 있다. 이러한 원소들 중 생물학적 체계에 필수적인 원소는 없다. 잘 알려진 비스무트나 금을 제외하고는 모두 치명적인 독성을 가지고 있다. 토륨과 우라늄은 종종 중금속에 포함되지만, 대개는 "방사성 금속"이란 표현으로 불린다.
의학적 사용에서 중금속의 정의는 더 불명확하며, "중금속 중독"에는 실제 중금속과 마찬가지로, 철, 망간, 알루미늄, 베릴륨(두 번째로 가벼운 금속) 등에 대한 중독도 포함된다.
또한 수은과, 예를 들어 우라늄, 플루토늄 같은 악티늄족 사이의 원소를 종종 중금속이라고 하기도 한다. 그러한 의미로 원자력 발전에서 tHM은 1톤의 중금속(tons of heavy metal)을 의미한다.
현재 서울시에서 매월 측정하고 있는 중금속은 납(Pb), 카드뮴(Cd), 크롬(Cr), 구리(Cu), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 비소(As), 베릴륨(Be), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 12개 항목이다. 현재 납에 대하여만 환경기준을 갖고 있다.
개요[편집]
중금속(重金屬)이란 용어는 과학계 뿐만 아니라 우리가 실생활에서 자주 사용하면서도 그 정의가 분명하지 않은 대표적인 용어이다.
한 정의에 따르면, 중금속은 주기율표에서 구리와 납 사이에 있는 원자 질량이 63.546 에서 200.590 사이이고, 비중이 4.5보다 큰 원소 집합을 말한다. 한편 다른 정의들에 따라서는 비중 3.5~7까지 다양한 기준이 사용된다. 그러나 이러한 기준에 따르면 알루미늄이나 바륨, 세슘 등 많은 원소들이 중금속의 기준을 벗어나거나 애매하게 정의된다.
의학에서는 중금속 정의가 더 불명확하다. "중금속 중독"에는 실제 중금속과 마찬가지로, 철, 망간, 백금, 알루미늄, 베릴륨, 바륨 등에 대한 중독도 포함된다. 악티늄, 우라늄, 플루토늄, 라듐, 폴로늄등도 충분히 중금속이지만 이건 방사성 금속으로 취급한다. 물론 방사능을 제외하더라도 그 자체로서 맹독성 물질이다. 생명체의 방사성 금속 내성은 없기 때문이다.
그리고 중금속에 대한 오해도 많은데 일단 중금속은 무조건 나쁜 것이다라는 일반인들의 인식이 그 예이다. 그러나 모든 중금속이 문제가 되는 것은 아니다. 오히려 철, 구리, 아연처럼 우리의 생리작용에 반드시 필요한 필수 영양소로 작용하는 경우도 있다. 또한 비록 미량이기는 하지만 코발트, 망간, 몰리브데넘, 셀레늄도 우리의 건강을 위해 꼭 필요하다. 물론 신체의 필요량 이상으로 과다하게 섭취할 경우는 독으로 작용하지만 그건 대부분의 원소가 그렇다. 다만 수은이나 납, 카드뮴처럼 인체에서 아무런 역할을 하지 않으면서 질병만을 일으키는 중금속도 많다. 흔히 말하는 중금속은 이런 종류를 일컫는다.
또한 금속의 화학적 반응성이나 인체 또는 환경에 미치는 독성은 밀도와 아무런 관계가 없다. 밀도가 크다고 해서(비중이 크다고 해서) 반드시 인체나 환경에 독성을 나타내는 것은 아니라는 뜻이다. 화학 분야의 국제기구인 국제순수 및 응용화학연합(IUPAC)에서는 이미 2002년 중금속의 정의가 분명하지 않아 생기는 문제의 심각성을 지적했다. 밀도를 근거로 하는 일반적인 분류가 중금속에 대한 사회적 인식과 정부의 규제를 혼란스럽게 만들고 있다는 것이다.
중금속을 지나치게 섭취하게 되어 몸에 문제가 생긴 경우 사용하는 배출제로는 이런 중금속 이온들에 흡착하여 몸 밖으로 배출시키는 킬레이트 제들이 있다.
오래된 건물에 거주하면 중금속 중독에 걸리기 쉽다고 한다. 배관의 중금속이 물에 녹기 때문이다. 미국의 경우 1970년대 이전에 지어진 집의 하얀 페인트에 납이 포함된 경우가 많아 한때 문제가 되었다.
중금속의 어원[편집]
1809년 이후로 소듐, 포타슘, 스트론튬 등과 같이 가벼운 금속들이 발견되고 성공적으로 분리되었다. 이 금속들은 낮은 밀도로 인해 당시까지 통용되던 금속의 정의에는 맞지 않다고 여겨졌으며, 그로 인해 이들 금속을 준금속(metalloid)이라고 부르자는 제안이 있었으나 받아들여지지 않았다. 하지만 이들 새로운 원소들은 계속해서 금속으로 인식하게 되었고, 이후 준금속이라는 용어는 비금속 원소들을 칭하는데 쓰이다가 나중에는 금속과 비금속 양쪽 어느 것으로도 분류하기 어려운 원소들을 칭하는데 쓰이게 되었다.
중금속이라는 용어는 1817년 독일의 치과 의사였던 그멜린(L. Gmelin)에 의해 최초로 사용되었는데, 그는 원소를 비금속, 경금속, 중금속으로 분류했으며, 밀도에 따라 경금속과 중금속으로 분류하였다. 중금속이라는 용어는 이후 높은 원자량이나 원자 번호를 가진 원소들을 지칭하는 데도 쓰이게 되었다. 2002년, 스코틀랜드의 독물학자 두퍼스(J. Duffus)는 지난 60년 간의 중금속 분류 역사를 고찰한 후, 그간 쓰여온 분류법들이 너무나 일관성이 없어 중금속이라는 용어를 쓰는 것 자체가 무의미하다는 의견을 내기도 하였다. 아울러 전통적으로 중금속이라 여겨지던 스칸듐, 바나듐, 아연, 로듐, 인듐, 오스뮴 같은 금속들을 과연 그렇게 분류해야 하는가에 대한 이견 또한 제기되었다. 그럼에도 불구하고, 중금속이란 용어를 사용하는 문헌들은 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
오염[편집]
중금속 오염은 철보다 무거운 중금속이 인간의 활동 때문에 환경으로 배출되면서 생겨나는 오염으로, 오염을 일으키는 물질로는 수은(Hg), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 구리(Cu) 등을 들 수 있다. 중금속 오염의 대표적인 피해 사례로는 미나마타병과 이타이이타이병을 들 수 있다. 미나마타병은 공장에서 배출한 수은에 중독된 물고기를 여러 해 동안 먹은 사람들에게 나타난 병으로, 말초신경 마비·운동신경 마비·시신경 마비·보행곤란과 같은 증상이 나타난다. 이타이이타이병은 광산에서 흘러나온 카드뮴이 먼저 농작물에 쌓이고 이것을 먹은 사람들에게 나타난 병으로, 피로, 설사, 체중 감소, 칼슘 배출로 인해 뼈의 연화, 보행장애, 호흡곤란과 같은 증상이 나타난다. 중금속으로 인한 피해는 대개 만성적이기 때문에 정확한 원인 규명이 어려우며, 피해가 오랫동안 나타나므로 많은 주의를 기울여야 한다.
해로운 중금속으로는 납, 수은, 카드뮴이 대표적으로 꼽히는데, 흡연과 음주가 3종 중금속의 혈중 농도를 높인다는 연구결과가 있다. 흡연과 음주를 모두 하는 집단은 비흡연 비음주 집단에 비해 체내 중금속 농도가 2배 이상 높았다고 한다.
활용[편집]
크로뮴, 철, 니켈, 구리, 아연, 몰리브데넘, 주석, 텅스텐 및 납과 같은 중금속 및 그 합금들은 공구 및 기계 장치, 가전 제품, 파이프, 철로, 건물 및 교량, 자동차, 자물쇠, 가구, 선박, 비행기, 주화 등의 제조에 적합한 강도와 내구성을 지닌다.
또한, 중금속은 다른 금속의 물성을 향상시키기 위한 합금 첨가제로 사용되기도 한다. 구리, 인듐, 코발트와 같은 중금속과 금, 은, 백금과 같은 귀금속을 혼합하여 다양한 색을 내는 귀금속 합금을 만든다. 철과 크로뮴에 가돌리늄을 첨가하면 내식성을 증가시킬 수 있고, 니켈에 토륨을 첨가하면 크리프 저항(creep resistance: 고체 재료가 장기간의 외부 힘에 의한 변형에 저항하는 성질)을 높일 수 있으며, 텔루륨은 구리나 철 합금에 첨가되어 경도와 내산성(corrosion resistance)을 향상시킨다.
- 리튬 배터리에 사용되는 중금속
리튬 배터리는 위험한 중금속이 다량 포함되어 있는데, 4,000톤의 사용한 리튬 이온 배터리에는 코발트, 니켈, 구리 등 총 1,100톤의 중금속과 200톤 이상의 유독 전해질이 들어있다. 전문가들은 환경 문제 해결과, 원자재 수급을 위해 Recycling을 추진하고 있다.
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈중금속〉, 《화학백과》
- 〈중금속〉, 《나무위키》
- 〈중금속〉, 《위키백과》
- R.E.F 16기 임상현, 〈쏟아지는 폐배터리는 어디로?〉, 《에너지설비관리》,, 2019-10-28
같이 보기[편집]
