크로뮴
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1. 개요
은백색의 광택이 나는 단단한 금속 원소. 4주기 6족 24번. 원소기호는 Cr이다.
독일식 표기인 '''크롬'''으로 유명한데, 대한화학회에서 권장하는 표기법 상으로는 영어식 표기인 '''크로뮴'''이다. 정작 일상에서는 아직도 크롬으로 통한다. 이름의 유래는 화합물이 다양한 색을 띠는 것에서 착안해 그리스어로 '색'을 뜻하는 '크로마'(κρωμα)에서 따왔다.
일반적으로, 화학 원소 그 자체를 다룰 땐 '크로뮴'으로, 금속으로 다룰 때는 '크롬'으로 표현된다.
2. 성질 및 이용
염산과 황산에는 녹으나 공기 중에서 녹이 슬지 않고 약품에 잘 견디며 도금이나 합금 재료로 널리 쓰인다.[1] 산화물은 강한 산화제로 사용되며 화학실험시간에 자주 볼 수 있다. 초기 음주측정기에도 사용되었다.
크로뮴 화합물 중에 유명한 것이 3가 크로뮴과 6가 크로뮴이다. 3가 크로뮴은 인체에 필수적인 원소로 인체내 당대사에 관여하고 있기 때문에 당뇨병의 개선이나 예방 등에 필수불가결하다. 한편 6가 크로뮴은 도금 등에도 사용되며 이것을 장기간 흡입할 경우 중독되고 염증·궤양이 발생하며 비중격천공(코뼈에 구멍이 남)이 발생하는 무서운 중금속이다. 6가 크로뮴을 포함한 크로뮴산, 중크로뮴산 등이 유독하다. 6가 크로뮴을 취급하는 공장현장에서는 노동자가 폐암에 걸리는 사건 등이 일어난 적도 있어서 현재에는 엄격한 배출규제가 설정되어있다.
크로뮴은 상당히 해로우나 그 성능상 크로뮴 없는 산업제품을 구현하기는 거의 불가능하다. 가장 많이 쓰이는 분야는 도색분야로, 자동차 도색 페인트처럼 금속에 색을 입히는 도색제는 100% 크로뮴이 들어간다고 해도 과언이 아니다. 실제로 유럽연합은 크로뮴을 규제하는 법안을 만들어 2005년까지 배출을 완전대체, 사용금지를 주장했으나, 현재까지 전 세계가 대체물질 개발에 실패했고, EU도 법안적용 년도를 매년 미루고 있다(2006년 → 2007년 → 2008년 → 2009년 → 2010년 → 2011년 → 2012년 → 2013년...). 크로뮴 대체물질 금속도색제를 만드는 사람이 있다면, 그 사람은 노벨상과 돈방석을 동시에 거머쥘 수 있다라는 것이 관련학계의 평판이다. 그 정도로 크로뮴 도색제가 많이 쓰이고 대체물질 개발에 난항을 겪는듯 하다. 2009년 기준으로 은경막 코팅법(SILVER MIRROR COATING)이 나오긴 했다. 단가가 싸고 유해물질이 적게 나온다는 점에서 크로뮴 도금 대체 기술로 주목받았지만 대량생산에 부적합하고 추가 공정을 요구하기 때문에 대체재로 쓰이진 못하는 실정이다.
크로뮴은 잘 녹슬지 않고 아름다운 금속광택을 오래 유지한다. 그래서 철 등 금속재료가 녹슬지 않도록 하거나 번쩍번쩍 빛나는 금속광택을 내기 위해 단지 미적인 이유로 크롬도금이 많이 쓰인다. 철강에는 보통 크롬 도금을 입혀 부식을 막는다. 크로뮴이 그런 금속도금이나 금속 광택의 대명사이기도 하고 자동차 등 금속제품의 대명사로 쓰이기도 한다. 장신구나 금속 장식물이 금속광택을 내는 건 거의 크롬도금. 크롬 도금은 광택이 뛰어나고 내구성도 강하기 때문에 반짝이는 수도꼭지 같은 부품이나 장식물이나 내구성이 필요한 철제 부품 예를 들어 총열의 도금에 쓰인다. 다만 크롬도금은 비싸므로 광택이나 내구성이 필요하지 않고 내식성만 주로 필요하면 니켈도금이 더 싸고 쉽다. 크롬은 가격이 구리의 2배 정도로 상당히 비싸고 도금과정도 어렵고 비싸기 때문에 원가가 많이 든다.
플라스틱 따위에도 구리도금을 먼저하고 그 위에 크롬을 도금하여 마치 금속처럼 보이는 플라스틱 부품을 만들 수 있다. 플라스틱 같은 부도체에 도금하려면 먼저 전기가 잘통하도록 구리도금을 하고 그위에 크롬을 도금하여야 한다. 장난감을 도금하는데도 쓰이는데 흔히 멕기[2]라고 불리는 반짝거리는 도금을 가리키는 말이다. 크롬 도금으로 순화해서 부르는 것이 좋겠다.
다만 장신구 따위에 쓰인 크롬은 사람에 따라 피부에 알레르기를 일으키기도 한다. 싼 장신구 끼고 피부에 붉게 발진이 생기는 건 크롬 알레르기다. 철표면에 바로 도금이 잘안되므로 구리나 니켈을 먼저 도금하고 그위에 크롬을 도금해야하는 등 과정도 복잡하다. 또한 크롬은 유해 중금속으로 환경오염 물질이고 도금후 나오는 크롬 폐액등 폐기물도 엄격한 환경처리를 해야 해서 비싸다. 도금공장에서는 크롬 때문에 직업병 발생이 많아 대표적 기피산업이기도 하다.
크로뮴은 산에 침식되기 어려운 성질을 가진다. 철과 같이 사용하면 철의 부식을 막아준다. 그래서 그 녹슬기 어려운 성질을 이용해 철과 합금시켜 만든 강이 스테인리스강이다. 스테인리스강이란 크롬이나 니켈을 함유시킨 철과의 합금을 말한다. 1913년 영국의 해리 브레아리가 개발, 일반 가정에 보급되었다. 크롬과 철을 섞으면 표면에 크롬산화물이 치밀하고 단단하며 산소의 확산이 느린 '부동태피막'이라는 엷은 막을 만든다. 이 막은 흠집이나 충격이 가해져서 벗겨져도 그 아래의 스테인리스 스틸 안에 들어있는 크로뮴이 철에 비해 우선적으로 산화되므로 바로 새로운 막이 생겨서 녹의 발생을 억제하는 작용을 한다. 스테인리스의 등장으로 인해 철강산업은 엄청난 대혁명을 이루어내고, 요즘은 부엌의 개수대나 숟가락 등의 식기류, 전차류의 차체 등에도 많은 금속제품이 쓰이고 있다.
스테인리스강은 녹이 잘 슬지 않을 뿐 아니라 금속 합금 중에는 열이나 전기를 잘 전달하지 않는 편이다. 그래서 금속제 보온병의 재료도 스테인리스가 쓰이고 또 니켈-크롬-철의 합금인 니크롬강은 전기저항이 커서 전열기에서 열을 내는 니크롬선으로 쓰인다.
크로뮴은 내식성과 내마모성으로 인해 총강이나 포신 내부에 도금되기도 한다. M16 소총, K2 소총 등 경량고속탄을 사용하는 총기는 대부분 크로뮴을 도금하여 고속탄과 부식성이 강한 고온가스에 의한 총강 내 마모와 부식을 줄인다. 마하 5급의 초고속탄을 발사해야하는 전차포도 비슷하다. 크로뮴 도금 시 총열(포신)의 수명이 크게 늘어나며, 단순히 오래 쓰는 것뿐만 아니라 내구도가 늘어난 만큼 마모도가 적어, 정확도도 올라간다.
다만 크롬 도금은 비용도 많이 들고 꽤 어려운 기술이라 싸게 헤비베럴을 사용하는 경우도 많다. 최초로 총열에 크로뮴 도금을 도입한 총은 의외로 구 일본군의 아리사카인데 의외로 포신 내부에 크로뮴 도금을 하는 기술은 미국, 독일, 러시아, 일본 등 몇몇 선진국만 가진 고급기술 중 하나다. 한국도 2004년에 국방과학연구소에서 독자기술을 개발해 원천기술 보유국이 되었다. K-9 자주포도 비용문제로 초기에는 약실부만 크롬도금을 하다가 개량형에서는 포강 내부도 크롬도금을 해 포신의 수명을 늘릴 예정이다.
크로뮴에서 비롯된 크로뮴산은 강한 산성을 띠기 때문에 코점막에 녹아 비강이나 비중격을 녹이는 병을 일으키기도 한다. 이는 크로뮴 도금작업을 하는 사람들의 직업병이다. 또 가죽을 무두질(태닝)하는 데도 탄닌 말고도 크로뮴산도 많이 쓰여 가죽 가공 장인들도 크로뮴 중독 직업병에 걸리기도 한다.
또한 다양한 색상이 추출되기 때문에 물감 등 미술 용품에도 과거부터 자주 쓰였다. Chrome 이라는 원소 이름 자체가 그리스어의 κρωμα chroma 색채라는 뜻에서 나온 단어이다. 특히 노랑색이나 초록색 등에는 거의 반드시 들어가는 편. 대표적으로 크롬옐로우 안료로 만든 물감이 있는데 반 고흐의 '해바라기' 같은 작품에서 선명한 노랑색 흔히 개나리색이라고 부르는 색. 광기를 상징하는 색으로 올더스 헉슬리의 '크롬옐로우' 라는 초기작품도 있다. 하지만 독성이 있어 화가들을 괴롭히기도 했고 햇빛에 퇴색되어 점차 갈색으로 변하기 때문에 점차 카드뮴옐로 물감으로 대체되었다.
디스커버리 채널 크로뮴 도금전문업자 인터뷰에서 크로뮴 매장량이 200년어치밖에 남지 않았다고 나온다. 다만 알고 넘어가야 할 점이, 금속은 재활용이라는 변수가 대단히 크게 작용하는 물질이기 때문에 크로뮴 매장량이 200년치밖에 남지 않았다는 말이 200년이 지나면 인류가 영원히 크롬을 쓰지 못하게 된다는 의미가 아니다. 광물 상태로 채취할 수 있는 크로뮴의 양이 저만큼 남았다는 뜻. 물론 현재의 기술로는 재활용한 금속은 광석에서 제련한 금속보다 일반적으로 순도가 떨어지기 때문에 고순도 크롬을 사용해야 하는 경우라면 문제가 생길 수도 있으나 앞으로 금속의 재활용 기술이 발전할 것도 고려할 필요가 있다.
현대식으로 무두질을 할 때도 사용된다. 가죽과 크롬을 큰 세탁기에 넣고 돌리면 탄닌으로 무두질한 가죽보다 내구성이 좋은 가죽이 양산된다. 다만 크롬도 중금속이다 보니 환경이 오염된다
3. 산출
크로뮴을 공급하는 광석광물은 크롬철석(Chromite)이며 화학식은 FeCr2O4-MgAl2O4의 고용체 형태를 지닌다. 크로뮴의 함량이 높은 경우는 상 기된 스테인리스강 등에 사용되며, 알루미늄의 함량이 높은 경우는 강한 취성에 착안하여 충전재(brick)에 활용된다. 크롬철석의 함량이 암석 전체에 20%를 넘는 경우를 크롬철석암이라 명명한다. 크롬철석은 남아프리카에서 산출하는 양이 세계 크롬철석 산출량의 거진 반을 차지하고 있으며, 그 뒤로 터키, 카자흐스탄, 인도가 유명하다.
크롬철석암의 산출형태는 크게 층상형과 고치형으로 구분되며, 층상형이 60% 가량을 차지하고 나머지 40%가 고치형 크롬철석암에서 공급된다. 층상형은 수백 km 에 걸쳐 주변 층리 및 엽리면과 평행하게 비슷한 두께로 산출하며, 남아프리카의 Bushveld complex가 대표적이다.
고치형은 크롬철석이 동그랗게 밀집되어 고치처럼 관찰되며, 더나이트를 수반하며 산출한다. 고치형 크롬철석암은 오피올라이트의 지각-맨틀 경계부 내지 맨틀 최상부에서 관찰된다. 층상형에 비해 고치형은 규모가 작고 광체간의 연장성이 떨어지며, 산출하는 양상 역시 불규칙적이다. 때문에 아프리카에 집중된 층상형에 비해 오피올라이트가 위치하는 유럽, 인도, 동남아시아, 미국, 캐나다, 시베리아, 우랄 산맥 등 다양한 곳에서 산출하고 있음에도 터키, 카자흐스탄, 필리핀, 알바니아 등 대규모로 고치형 크롬철석암이 산출하는 일부 국가에서 외의 크롬철석암 산출량은 매우 작다. 우리나라에는 오피올라이트가 위치하지 않아, 크롬철석암 역시 산출하지 않는다.
4. 기타
크롬이라는 단어 자체가 빛나는 금속광택을 의미해서 기계문명 또는 현대 자동차문명 더 넓게는 물질주의 자본주의 군사주의 문명을 의미하는 접두어나 형용사나 상징으로 문학작품이나 작명 등에 쓰인다. 마초적이고 냉혹하고 번쩍이고 녹슬지않고 자본주의적인 힘의 상징. 특히 바이크나 하드락 음악 애호가들이 애용한다.
디트로이트 메탈 시티 팬들에게는 '크라우저 산소'라고도 불린다. 그런데 크라우저는 영어로 Krauser, 즉 K로 시작한다(...). DMC 마지막화에 Crauser라고 써있는 걸 보면 작가가 잘못 알고 있었던 모양이다.
박명수의 천적인 물질이다. 정확히는 크로뮴 알레르기가 있는 것. 가끔씩 언급되었던 쇠독이 바로 이것이다.
버스 동호인 한정으로 2010~2011년 사이 생산된 자일대우버스 BS 모델을 '''크롬xx'''라고도 한다.[3] 이 시기의 모델에는 전면부 헤드라이트 사이와 뒷면창 바로 밑에 크롬장식이 되어있다.
또한 오픈소스 웹 브라우저 프로젝트의 이름(Chromium)이기도 하다. 구글은 이 프로젝트에서 안정화하고 필요없는 부분을 제거하고 몇 가지 플러그인이나 기능을 추가한 버전을 정식으로 크롬 브라우저로 배포한다. 물론 이 프로젝트를 시작한 것 역시 구글이지만 형식적으로 이렇게 운영하고 있다. 문서 참조. 덕분에 가장 검색이 어려운 원소이기도 하다(...).
매드 맥스: 분노의 도로에서 워보이들이 죽음을 각오했을 때 입에 뿌리는 스프레이가 크롬이다. 이는 죽음과 맞바꾼 영광스런 전공을 세워 발할라로 가기에 앞서 자신을 치장하기 위함이라고.
영화 에린 브로코비치의 줄거리가 바로 크로뮴 6이 주인공이 사는 마을인 힝클리 마을에 유출되는 사고를 담은 내용이다. 크로뮴 6이 신체에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 보여주며 뿐만 아니라 현실에서도 빈번하게 발생하는 크로뮴 6 유출사고를 신랄하게 비판하는 내용을 담고 있다.
히스토리 채널이라는 곳에서 진시황에 대한 에피소드를 방영했을 때 바로 이 금속에 대한 이야기가 나오기도 했는데, '크롬은 독일에서 고안되었고 나중에 미국회사가 특허를 취득했지만 중국 시황제의 진나라에서 무기를 만들 때 사용되기도 했답니다.'고 한 학자가 인터뷰에서 말하기도 했다. 상방여불위라 쓰여진 청동검(즉 상방 직위를 가진 여불위가 관리감독해 생산한 청동검)의 표면에 크롬 도금이 되어있음이 확인되었다!
2000년대 초반 러시아 방독면 필터에도 사용이 되었다
스타워즈에선 나부에서 생산하는 우주선들이 크롬빛 도색을 하고 나오며, 이후 시퀄 시리즈에 나오는 파스마가 자기 갑옷이랑 총, 근접전투용 막대기까지 크롬도금을 해 놓았다. 설정상 나부 우주선들을 녹여 만들었다고.
사이버펑크 2077 작중 임플란트를 크롬이라고 통칭한다.
[1] 플라스틱이나 스댕 중에서도 거울 수준으로 반질반질하게 보이는게 다 이 크롬으로 도금된 것들이다. [2] 간혹 '''맥'''기로 알고있는 사람도 있는데 원래 어원은 도금을 뜻하는 일본어(めっき)라서 원래 발음은 '''멕'''기가 맞다.[3] 크롬시티나 크롬미디, 크롬저상이라든지...