아연
1. 개요
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푸른 빛을 띤 백색의 금속으로, 옛날부터 알려진 원소이다. 1746년 마르크그라프가 아연의 분리에 성공한 뒤부터는 대규모 공업생산이 가능해졌다. 사람이나 동물, 식물에 있어서도 필수적인 원소로, 효소나 단백질을 구성하는 성분이다. 아연을 포함한 효소는 성장이나 발육, 수정능력 등의 조정을 행하며, 그중에서도 탄산탈수효소가 중요한 역할을 행한다. 이것이 기능하지 않으면 체내에 모인 탄산이온이 방출되지 않게 되는 것이다.
2. 영양소
생물체 내에서 2가 양이온으로 존재하며, 생물의 핵산과 아미노산 대사에 반드시 필요한 무기물질이자 지각을 이루는 중요 원소이다. 소화와 호흡은 물론, 인슐린 작용과 면역기능, 생식세포에도 관여한다. 단백질 신진대사에도 관여하며 뼈를 단단하게 하는 작용도 있다. 그리고 '''남성호르몬'''과 '''근육, 정자 생성, 피부 미용'''[1]에도 아연이 많은 관여를 한다. 카사노바가 즐겨먹었다는 굴은 대표적으로 아연이 풍부한 식품이다. 아연이 부족할 시 탈모의 원인이 될 수도 있다.
그래서인지 정력제로 아연 보충제가 이용되고 있는데, 아연은 주영양소도 비타민도 아닌 제3의 '미량 원소'이기 때문에 아연 결핍이나 남성호르몬 부족 증상이 있는 사람에게나 확실히 좋은 효과가 있는 것이지, 아직 20-30대의 한창 젊은 나이에 몸에 아연이 충분하고 호르몬 수치가 정상일 경우에는 굳이 영양제를 섭취한다고 드라마틱한 효과는 없다. 아마 당신이 중장년층이 아니거나 별도로 아연 결핍증을 갖고 있지 않은데도 의사에게 가서 '아연 보충제를 먹어도 되냐'고 물으면 '그럴 필요 없다'는 말을 들을 것이다. 오히려 과잉섭취하면 경련이나 메스꺼움, 설사, 발열, 복통, 미각 상실, 영구적 청력 손실 등 인체에 악영향을 미치므로 주의가 필요하다. 영양제로 아연을 섭취한 뒤 '''갑작스럽게 감기 기운 같은 것이 생겼다면 급성 아연 중독(zinc toxicity)을 의심해 볼 수 있다.'''
다만, 아연의 흡수율은 40% 이하로 상당히 낮은데, 식약처에서 권장하는 아연 1일 권장량은 10~20mg이고, WHO에서는 남성 30~60mg, 여성 30~45mg으로 정하고 있다. 그리고 신체를 많이 쓰는 일에 종사하는 사람이나 웨이트 트레이닝 등을 하는 사람의 경우 더 많은 아연을 요구한다. 또한 성기능을 지나치게 많이 사용하는 AV 남자 배우들도 아연이 더 많이 필요하다. 참고로 일본 AV 최상위권 정력이 뛰어난 사람이 먹는 아연은 100mg이다.
대표적인 아연식품인 굴[2]을 200g 정도 먹으면 아연 약 30mg을 섭취할 수 있는데, 그 아연 중 실질적으로 신체에 흡수되는 것은 그 절반이 채 안 된다. 그러므로 '''아연은 과잉 섭취보다는 오히려 결핍에 유의'''할 필요가 있으니, 평소 식습관에 아연 섭취가 부족하다고 느낄 경우 보충제를 먹는 것이 크게 나쁜 것은 아니며, 굳이 아연 특화(?) 보충제가 아니라도 남녀를 불문하고 멀티비타민제에는 대개 아연이 상당량 들어 있으니 그걸로도 충분할 것이다. 아연 보충제를 정기적으로 꼭 먹어야 하는 경우 웬만하면 반으로 쪼개서 먹거나 구리(웬만하면 음식)와 함께 복용하는 것을 권장한다. 구리의 흡수를 아연이 억제하기 때문이다. 이는 철분 섭취에도 영향이 갈 수 있다.
이 아연 결핍은 의외로 전세계적으로 심각한 사안 중 하나인데, 전 세계 인구 중 최대 20억 명이 아연 결핍에 시달린다.
아연을 과잉 섭취하게 되었을 경우, 비교적 드물게 나타나는 증상 중 하나가 바로 좌골신경통이다. 허리 아랫부분부터 골반을 따라 다리까지 이어지는 신경계가 심하게 저리면서 아픈 일인데, 앉거나 서있는 것은 물론 누워있는 일조차 상당한 고통이 따르므로, 아플 때에는 사실상 아무 일도 못할 정도로 통증이 심각하다고 볼 수 있다. 이 증상은 화학적으로 흡수율이 특별히 좋게 정제된 40mg이상의 아연 보충제를 복용할 경우, 특정 개인에 따라 어느 순간 생길 수 있다. 치료법은 즉각 아연 섭취를 중단하고, 평소 아연의 섭취량을 절대적으로 제한하는 것(20mg 이하)이다. 위 증상이 나타나는 사람의 경우 따로 아연만 정제된 형태의 보충제를 섭취하지 않도록 주의한다. 위 근본 원인 파악을 하지 못하고 통증이 너무 심각한 나머지 병원에 방문하게 되면, 의사는 당연히 디스크 등으로 의심하고 시술이나 수술을 권할 수가 있으므로 주의할 것. 치료법은 1~2주 이상 휴식과 아연섭취 중단, 칼륨(K)이 풍부한 음식인 바나나, 오렌지, 감자, 건포도, 토마토 등을 섭취하는 것이다.
그밖에 식욕억제와 체지방 유지와 관련있는 렙틴 분비에 관여하기도 한다.
또한 신체적인 골격의 골밀도와 근육과 지방의 분포도와 양이 다른 사람에 따라 아연 양의 필요성이 달라진다.
대표적으로 이미 아연이 충분하고 근육질인 마른 사람은 아연 보충제가 필요없지만 비만 체형같이 신체적으로 건강하지 못한 사람은 아연을 더 많이 먹어야 한다. 참고로 여드름은 아연이 부족하면 나타나는 대표적인 질병이다.
체내에 필요한 원소인 것은 맞지만 한편으론 영양제 제조사들이 약의 효능을 부풀리는 데 쓰는 성분이기도 하다. 밥 잘 먹는 학생 및 청년 연령대에서 아연은 굳이 약으로 섭취해야 할 만한 이유가 없는 경우가 대부분인데, 수많은 유아 및 청소년 영양제에 굳이 아연이 들어가 있다. 그 이유는 아연이 '정상적인 면역 기능에 필요'라는 광고문구를 쓸 수 있도록 허가된 성분 중 가장 싸기 때문. 필수 영양소이기에 기왕 먹는 약에 약간 들어 있다면 나쁠 건 전혀 없지만 아연을 먹는다고 면역력이 폭발적으로 개선될 거라고 기대하면 낭패다. 특히 질병이 이슈인 시기에 아연 찔끔 넣고 면역강화 영양제라고 광고하는 약들은 걸러서 이해할 필요가 있다.
3. 이름의 유래
Zinc라는 단어는 스위스 연금술사 파르켈수스가 아연 결정을 보고 그 모양으로부터 갈래, 가지라는 뜻을 가진 독일어 zinke에서 따왔다고 한다.
한편 한자어 '아연(亞鉛)'의 용례는 1713년 일본에서 만들어진 책인 화한삼재도회(和漢三才圖会) 59권 '쇠붙이 류(金類)'에서 쓰인 게 제일 처음으로 보인다. #(1888년본) 해당 책에서는 '아직 뭐에 쓰는 물건인지는 모른다. 하지만 납과 닮았으니 '아연(버금 아+납 연)'이라고 칭한다(桉此未知何物甚類鉛故稱亞鉛)' 라고 써져있다. # 그리고 그 일본어 번역인 亞鉛(아연)이란 표기를 한국도 받아들여 쓰게 된 것으로 보인다.
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일본어 위키피디아에 따르면 700년대 경 鍮石(유석) → 1500년대 眞鍮[3](진유) → 포르투갈인 접촉 이후 토탄(トタン, 포르투갈어 tutanaga에서 취음) 후 18세기 경부터 '아연'이라는 단어가 정착되었다고 한다. 위의 책에서도 '아연'이라는 한자 표기 옆에 "토탄(とたん)"이라고 요미가나를 달아놓았다. た 부분이 헨타이가나.
앞서 말했듯 영어 명칭 zinc는 납과는 별 상관이 없다. 대신(?) 재미있게도 몰리브덴이 그리스어로 납이라는 뜻이다.
4. 생산 및 활용
보통 은과 카드뮴과 함께 산출된다. 은광의 주요한 부산물 중 하나. 그러나 은광을 제대로 폐쇄하지 못해서 은광이었던 지역 주변의 마을이 아연과 카드뮴 중독으로 폐허가 되는 사례도 있다.
아연이 가장 대량으로 이용되는 분야로는 철에 아연을 도금한 함석[4]이 있다. 함석은 오랜 시간 비바람에 견딜 수 있는 철판인데, 이것은 아연이 철보다도 이온이 되기 쉬운 성질(이온화경향[5])에 따른 희생전극 현상을 이용한다.
아연은 용융 상태에서 냉간압연강판을 용탕에 통과시켜 도금되거나, 전해용액에서 전기도금된다. 아연도강판은 고속도로 가드레일이나 신호등 기둥에서 흔히 볼 수 있다. 표면에 불규칙적인 점무늬가 있는 경우는 대부분 아연도강판이다. 철이 산화하기 전에 표면의 아연이 먼저 산화되어 내부의 철을 지키는 것이다. 게다가 아연은 산화되어도 흰색이기 때문에 그만큼 눈에 띄지 않는다. 반면 아연은 산화 서열이 높으므로 노출시간이 길어지면 지속적으로 부식되므로 방식 작용이 아주 오래 가는 편은 아니다. 아연에 알루미늄을 섞어 도금할 경우 알루미늄의 산화피막에 의한 보호작용이 더해져 더욱 높은 방식능력을 갖게 된다. 이를 흔히 갈바륨(Galvalume)이라고 하며 고급 도금강판으로 취급된다.
얇은 아연도강판 (0.2-0.5mm)은 함석판으로 불리며 금속광택이 강하고 특유의 아연결정 무늬가 있어 일반강판과 쉽게 구분된다. 함석가위로 쉽게 자르고 쉽게 구부리고 접어 다양한 형상으로 만들 수 있으므로 건축용 각종 판재, 빗물받이 홈통, 환기용 덕트, 보일러나 난로의 굴뚝 파이프로 많이 쓰였다. 가공하기 쉬운 철판으로 학교나 가정에서 간단한 DIY 공작에도 널리 쓰인다. 창고나 축사, 간이 군대막사 같은 가설건물 등에 값싼 지붕재료로 파도무늬로 주름을 잡은 얇은 함석판이 많이 쓰였다. 그 위에 광명단 등 페인트를 칠하는 경우도 있다. 이런 지붕을 함석지붕이라고 불렀고 지붕에 소나기나 비가 내리면 특유의 요란한 소리가 나서 제법 서정적인 느낌을 준다.
이런 높은 금속이온화 경향으로 여러 1차 전지의 음극재료로 널리 쓰인다. 예를 들어 건전지나 은-아연 전지, 공기전지 등. 건전지는 음극(cathod)인 금속 아연이 염화암모늄이나 수산화칼슘 등의 전해액과 반응하여 산화되며 전자를 방출하는 원리이다. 그러므로 건전지를 사용하면 아연이 수산화아연이 되어 소모된다. 은아연전지는 비싸지만 기전력이 크므로 리튬전지가 실용화 되기 전에 인공위성 등에 쓰였다. 공기전지는 알칼리 건전지와 비슷한데 감극제로 공기중의 산소를 쓴다. 모두 이온화 경향이 큰 아연을 산화시켜 소모하며 전자방출 에너지원으로 쓰고 있다.
흔히 놋쇠라고 불리는 황동은 구리와 아연의 합금으로 가공성이 좋아 고대로부터 현대까지 장신구나 탄피 등 다양한 용도로 널리 쓰이고 있다. 해당항목 참조.
또한 싸구려 금속 제품을 만드는 데도 쓰이는데, 장난감 중 분명 금속인데 강도는 일반 금속보다 떨어져 쉽게 깨지거나 닳아 빠지는 성질을 가지고, 도금이 벗겨지거나 부러진 부분이 마치 쇳가루를 뭉친 것 같은 형태를 띠는 두툼한 금속 부품들이 이것. 미국에서는 자마크, 유럽에서는 마자크라고 불리는 이 합금은 아연 90% 이상의 베이스에 알루미늄, 안티몬, 마그네슘, 구리, 주석 등의 타 금속을 1% 안팎 정도 혼합하여 다이캐스팅 방식으로만 제조되며 금속 제품 중에서 제일 하급의 물건으로 취급된다. 성질 상 강한 내구력을 요구하지 않지만 형상이 복잡해 쉽게 깍거나 찍어서 만들기 어려운 기계 부품으로 쓰인다. 예를 들어 모노폴리 보드게임의 금속 말 따위나 조립식 프라모델이나 장난감의 금속부품 따위.
총기회사 중에 이 아연합금 다이캐스팅으로 최저가 권총을 만들어내는 하이포인트라는 미친 회사도 존재한다. 이 회사 이외에도 새러데이 나잇 스페셜이라 불리우는 싸구려 권총 제품군들 또한 이 아연합금으로 캐스팅하는 제작회사들이 꽤 된다. 다만 품질은 그 하이포인트가 양반으로 보일 정도로 개판이지만.
함량에 따라서 분카힐 합금, 아펙스 합금, 미러 메탈, 잠메탈, 펜톤 메탈 등으로 나눠 불리기도 하는데 이들은 베어링(다만 강도문제로 현재는 거의 쓰이지 않는다), 치과용 합금으로도 쓰인다.
금속상태 이외의 용도로는 산화아연을 사용한 청색 발광 다이오드가 요즘 크게 주목을 받고 있다. 종래의 질화 갈륨을 사용한 것에 비해 비용도 1/10으로 저렴하여 차세대 청색 발광 다이오드의 원료로 크게 기대된다.
건전지에도 쓰이고 함석에도 쓰이고 하니 흔하고 철이나 값싼 금속 같지만 사실은 지각구성비로는 구리나 니켈 크롬 보다 훨씬 구성비가 낮아 그리 많이 나지않는 금속이다. 산출도 은광이나 귀금속 제련의 부산물로 나오는 등 제법 귀한 금속이다. 가격은 알미늄보다는 비싸고 납과 비슷한 가격이다. 구리의 1/3보다 조금 더 되는 정도.
아연은 귀금속까지는 아니지만 제법 비싼 금속이다. 현재 아연도금제품의 증가 등으로 인해 고철에 아연 함유량이 늘어나고 있는 추세이므로 대다수의 전기로는 고철을 녹일 때 나오는 아연 증기를 회수해서 재활용하는 설비를 갖추고 있다. 그러나 방식용 희생 전극으로 소모되어버린 아연은 재활용이 전혀 불가능하다.
동전의 재료로도 가끔 쓰이는데, 대한민국 원에서 현재 발행되는 주화로는 유일하게 오십원 주화에 합금으로 18% 포함되어 있고, 2006년 이전 발행되던 옛 10원 주화나 발행 중지된 5원 주화에도 들어갔었던 적이 있다.
현대에는 볼 수 없지만 오스만 제국 시절에는 식기로도 사용되었다. 주로 음료수를 담는 병이나 잔을 아연으로 만들고 겉면은 에나멜을 상감하고 보석을 붙이는 식으로 장식했는데 은과 비슷한 색깔을 띄기 때문에 그렇게 썼던걸로 추측된다.
토미카가 이걸로 만들어졌다. 재질표시를 보면 아연합금이라고 써져있다만 대부분이 ABS(플라스틱)이라 좀 그렇다.
5. 기타
분명 영어로는 Zinc인데 1980년대 한국 TV에서는 아연을 포함한 영양제 광고를 내보내면서 원소기호인 Zn을 그대로 제트-엔으로 읽어서 제텐을 섭취해야 한다고 큰 소리로 외친 광고가 있다.
심슨 가족 3 16회에서 스프링필드 초등학교 학생들이 아연에 대한 교육영화를 보는 장면이 있다. 세상에서 아연이 사라지자 자동차 배터리도 없어지고 전화도 못 걸게 되고 자살하려는데 총도 못 쏜다. 그러자 'Come back zinc, come back!'하고 울부짖는 내용.
백아연 SoSo 컴백무대에 Zn 조형물이 올라간 적이 있었다. # '백'아연인 만큼 조형물 색깔도 하얀색으로 했어야 했다는 얘기가 많다.
소련-아프가니스탄 전쟁 당시 전사한 소련군들의 유품이 아연으로 만든 상자에 담겨 유가족들에게 전달되었다. 이를 소재로 한 노벨문학상 수상자 스베틀라나 알렉시예비치의 대표작이 아연 소년들이다.
[1] 멜라닌 색소를 분해한다.[2] 이외에도 연골이 있는 살코기 부위,달걀에도 아연이 풍부하게 들어있다.[3] 현재에는 아연이 포함된 구리 합금인 황동을 나타내는 표현으로 쓰인다.[4] 생철, 혹은 양철이라고 부르는 재질은 주석을 도금한 것이다.[5] 이온화 경향 높음 ← K - Ba - Ca - Na - Mg - Al - '''Zn''' - Fe - Ni - Sn - Pb - (H) - Cu - Hg - Ag - Pt - Au → 이온화 경향 낮음, 다시 말해 철보다 아연이 녹슬기 쉽다.