몰리브데넘
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1. 개요
주기율표 6족에 속하며 은회색의 광택을 내는 금속으로 지구상에 두루 퍼져 있으며, 체내의 생리작용을 진행시키는 등 우리 몸에 꼭 필요한 물질이다. 수연(水鉛)이라고도 한다.
영어: Molybdenum
중국어: 钼
일본어: モリブデン
2. 어원과 역사
몰리브데넘이라는 이름은 그리스어 '납(molybdos)'에서 비롯되었다. 몰리브데넘은 양이 많지는 않지만 지구상에 두루 퍼져 있으며 동식물의 몸속에도 미량 함유되어 있다. 미국에서 많이 석출되며 캐나다, 러시아 등에서도 산출된다. 스테인리스강이나 베어링 등에 주로 사용된다.
몰리브데넘은 은회색의 딱딱한 금속으로 천연 몰리브데넘 광물(Molybdenite, 이황화몰리브데넘. 휘수연석이라고도 한다)은 흑연과 아주 비슷했기 때문에 자주 혼동되었다. 1778년 스웨덴의 과학자 셸레가 몰리브데넘 광물과 흑연은 다른 것이라는 것을 밝히고, 광물로부터 새로운 토류를 분리해서 몰리브덴토(土)라고 이름붙였다. 그리고 1782년, 셸레의 친구 옐름은 몰리브덴토에서 새로운 금속 몰리브데넘을 분리해냈다.
3. 실생활에서의 역할과 사용
3.1. 의학, 영양학
몰리브데넘은 모든 생물에 있어 필수적인 원소로, 몰리브데넘을 함유하는 효소는 약 20종에 이른다. 그중에서도 유명한 것이 질소고정작용을 행하는 니트로게나제로, 대기중의 질소를 암모니아로 바꾸는 것이 가능하다. 그 밖에 몰리브데넘을 함유한 효소에는 유해한 아황산이온을 산화시켜 무해한 황산이온으로 바꾸는 설파이트옥시다제, 유해한 알데히드를 산화시켜 무해한 카르복시산으로 바꾸는 알데히드옥시다제 등이 있다. 알데히드옥시다제는 알콜대사에 있어서 아주 중요한 효소로, 세포의 에너지원이 되는 아세트산으로 변화시키는 역할을 가지고 있다.
그리고 몰리브데넘은 퓨린계 물질을 분해하는 잔틴산화효소의 성분이기도 한데, 잔틴산화효소는 잔틴이라는 성분을 분해해 요산을 생성하지만 강하게 작용하면 통풍에 걸리기 쉽다. 그리고 잔틴산화효소가 부족할 경우 크산틴뇨증이 발생할 수도 있다.
몰리브데넘이 필수적인 원소라는 것을 말해주는 도시전설같은 이야기도 있다. 한 황량한 들판에 이상하게도 풀이 발자국모양으로 더 길고 튼튼하게 자라있었다. 이상하게 생각한 들판의 주인이 곰곰이 생각해본 결과 자신이 몰리브데넘을 취급하는 공장에 다니고 있었다는 사실을 생각해냈다. 몰리브데넘이 묻은 작업화가 그 바닥 모양으로 몰리브덴이 부족한 토양에 몰리브데넘을 공급했던 것.
몰리브데넘의 동위원소인 몰리브데넘 99(Mo-99)는 핵의학영상검사에서 엄청난 수요를 가진 물질[1] 인데 2009년 그것을 생산하고 있는 캐나다의 초크 리버 원자로가 고장을 일으키면서 세계적으로 문제를 일으킨 적이 있다. 그리고 15개월 만인 2010년 8월 재가동하며 방사성 동위원소 생산을 시작했다.
3.2. 야금
몰리브데넘을 철계 합금에 첨가하면 강도나 내열성, 내식성이 늘어나기 때문에 몰리브데넘계 합금이 널리 쓰이고 있다. 특히 스테인리스강에 몰리브데넘을 첨가하면 특성이 크게 향상되기 때문에, 몰리브데넘의 수요 중 약 90%를 차지하고 있다. 일명 크로몰리강이라 한다. 자전거 프레임 재료로 4130 크로몰리가 자주 언급될 것이다.
3.3. 2차원 반도체
황과의 화합물인 MoS2는 대표적인 2차원 전이금속 칼코겐 화합물이다. 황 뿐만 아니라 셀레늄, 텔루륨과 같은 칼코겐 원소와 화합물을 이루면 층상구조를 가지는 반도체 상(2H 상)을 얻을 수 있는데, 이를 박리시키거나 CVD 등으로 증착시켜 2차원 반도체 소재로 사용한다. 띠틈이 없는 그래핀과 달리 적절한 띠틈을 가지기 때문이며, 위상부도체로의 연구도 활발하다. 주기율표 상 바로 아래에 위치하는 텅스텐도 동일하게 응용되는데, 주기율표상 아랫쪽에 위치하여 스핀-궤도 결합 효과가 크기 때문에 위상부도체로의 응용은 텅스텐 화합물이 더 유리하다.
3.4. 윤활제
전이금속 칼코겐 화합물이 층상구조를 가지기 때문에 각 층간 결합은 판 데르 발스 결합으로 되어 있고, 따라서 전단응력에 쉽게 밀려버린다. 이를 이용해 마찰계수를 감소시키는 윤활제로 사용된다.[2] 텅스텐과 마찬가지로, 윤활유에 용해시켜 엔진 오일의 첨가제로 활용할 수 있고, 마찰을 감소시키는 효과를 내기 때문에 연료 효율을 높이기 위한 오일이나 모터스포츠용 오일에 대부분 포함되어 있다. 고열을 받는 기계부품의 조립시 나사의 고착방지를 위해 그리스와 몰리브덴을 혼합한 페이스트를 나사산에 바르고 조여주면 추후 분해 시 나사가 쩔어붙지 않고 비교적 쉽게 풀려 나온다.
4. 채굴 현황
우리나라에서는 단일 텅스텐 광산으로는 세계 최대이며, 세계 생산량의 약 10％를 차지했으며 한국 수출액의 60%~80%를 감당한 적도 있는 전 국영기업 대한중석(현재 대구텍의 전신) 소유였던 강원도 영월군의 상동광산에 몰리브데넘도 매장돼 있는데 그 가치는 1조 9000억 원으로 추정된다고. 충북 제천에도 몰리브데넘 광산이 있어서 채광하고 있다.
[1] 붕괴하면서 테크네튬-99m을 만드는데 이게 상당히 좋은 조영제이면서 반감기가 겨우 6시간이다.[2] 그래핀, h-BN 등 2차원 층상구조 물질은 모두 동일한 용도로 사용이 가능하다.