철...‘산업의 쌀’이라는 별명이 있어
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철...‘산업의 쌀’이라는 별명이 있어
  • 서산시대
  • 승인 2021.01.02 19:20
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철의 바닥상태 전자배치 모형
철의 바닥상태 전자배치 모형

우리가 아는 태양은 별의 초기 형태이다. 다양한 별은 질량에 따라 서로 다른 원소를 재료로 빛을 낸다. 질량이 큰 별은 수소핵을 융합시키며 탄소와 네온 등 더 무거운 원소를 만들어 별의 에너지원으로 삼는다. 점점 커지는 에너지는 26번 원소인 철을 만드는 데까지 이른다. 양성자 스물여섯 개를 가진 철을 만들려면 온도가 30이상이 돼야 한다. 별에서 철보다 무거운 원소는 만들어지지 못한다.

핵융합 에너지로는 그 이상의 에너지를 만들 수 없기 때문이다. 별은 이렇게 다양한 원소를 사용하면서 커지다가, 철을 마지막으로 죽음을 맞이한다. 더 이상 핵융합을 할 수 없게 된 별은 내부 압력을 견디지 못하고 스스로 붕괴할 수밖에 없다. 이것이 초신성 폭발(super nova)이다. 철보다 무거운 나머지 원소는 이로 인해 만들어진다.

☞EARTH CORE
☞EARTH CORE

철은 지구에서 가장 많은 원소이다. 질량비로 보면 지구 전체 질량의 30%가량이다. 하지만 대부분은 지구의 핵 안에 있다. 핵은 90%가 철이지만 지각에서는 고작 6%밖에 차지하지 않는다. 대부분 고체인 철로 이루어진 지구의 내핵은, 액체인 외핵 안에서 자전하며 지구를 거대한 자석으로 만들었다.

☞STEEL INDUSTRY
☞STEEL INDUSTRY

철은 지구상에 풍부한 자원으로, 비교적 낮은 비용으로 대부분의 산업과 인류 생활에 사용된다. 철은 인류가 금속을 다루기 시작한 이후로 가장 중요하게 쓰인 금속 원소이다. 철에는 산업의 쌀이라는 별명이 있다. 철은 전 세계 금속 생산량의 95%를 차지하며 다른 금속과 합금하는 소재이기도 하다. 합금뿐만 아니라 다른 물질과 함께 유용하게 사용되기도 한다.

☞RUST
☞RUST

 

철은 은회색 광택의 금속이다. 공기 중에서 녹이 잘 슨다고 알려져 있지만, 물과 산소 그리고 전해질의 세 가지 조건이 맞아야 한다. 녹은 산화작용인데, 다른 금속은 산화되며 얇고 강한 보호막을 표면에 만들기 때문에 금속 내부로는 산화가 진행되지 않는다. 그런데 철은 녹스면 녹의 부피가 커진다. 커진 녹은 떨어져 나가고 점점 안쪽으로 산화되다가 결국 사라진다.

☞HITTITE
☞HITTITE

인류는 단단한 철보다 무른 구리를 먼저 사용했는데, 그 이유는 간단하다. 철광석으로부터 철을 야금할 기술이 없었기 때문이다. 구리의 녹는점은 1,083이지만 철의 녹는점은 1,535이다. 언제부터 인류가 철을 야금할 수 있었는지는 확실하지 않다. 최초로 철기를 다룬 것은 기원전 1,500년경, 소아시아의 히타이트 왕국으로 여겨진다.

☞HEMOGLOBIN
☞HEMOGLOBIN

철이 없다면 인류는 존재할 수 없다. 광합성을 하는 식물과 달리 산소 호흡을 하는 생명체는 산소가 필요하다. 세포에 산소를 전달하고 대사를 계속해야 살아갈 수 있다. 혈액에 들어 있는 적혈구가 산소를 운반하는데, 이것을 적혈구 안의 헤모글로빈이라는 분자가 담당한다.

산소는 헤모글로빈 안의 철 이온과 결합해서 옮겨진다.

 

Fe

6

원자가전자 : 8

원자량 : 55.845g/mol

전자배열 : [Ar]3d64s2

Iron

전이금속

김병민 한림대 나노융합스쿨 겸임교수
김병민 한림대 나노융합스쿨 겸임교수

 


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