공해 감소와 백금족 금속, 항암제 개발과 백금 착물
공해 감소와 백금족 금속, 항암제 개발과 백금 착물
  • 제주일보
  • 승인 2021.03.03
이 기사를 공유합니다

변종철 제주대학교 명예교수, 전 제주대학교 자연과학대학 학장

일상생활에서 많이 사용되는 촉매 중 하나는 자동차 배기관에 장착된 촉매 변환기이다. 자동차 엔진에서 가솔린의 연소 결과로 생성되는 것은 보통 이산화탄소와 물이다. 이들과 함께 불완전 연소로 인하여 일산화탄소와 탄화수소 조각 화합물도 다량 생긴다.

또한 엔진의 온도가 매우 높기 때문에 공기 중의 질소와 산소로부터 질소산화물이 형성된다. 이들이 공기 중에 대량으로 배출되어 도시를 흐리게 하고, 호흡기 질환을 일으킬 수 있는 화학 스모그나 유해 매연을 유발한다.

이러한 공해를 감소시키기 위해 자동차 설계∙제작에 있어서 수많은 변화가 있어 왔다. 주된 단계는 배기가스가 공기 중에 방출되기 전에 유해가스를 보다 덜 해로운 물질로 바꾸기 위하여 자동차 배기장치 내에 촉매를 넣는 방법을 고안한 것이다.

이들 촉매는 두 가지 기능을 수행한다. 첫 번째는 일산화탄소와 불완전하게 연소된 탄화수소를 빨리 산화시켜 이산화탄소와 물이 생성되는 반응을 촉진하는 것이다. 이것은 체내 글루코오스 또는 연료인 프로판이 산소와 반응한 후 이산화탄소와 물이 형성되는 것과 같은 반응이다.

두 번째는 질소산화물을 질소와 산소로 환원시키는 반응을 촉진하는 것이다. 이 두 반응은 낮은 온도에서는 열역학적으로 선호되지만, 이들 반응은 매우 느리게 진행된다. 그래서, 배기가스가 배출구를 나가기 전에 이 반응들을 기대하기는 어렵다.

일반적으로 산화반응을 촉진시키는 데 효과적인 촉매는 질소산화물의 환원반응에는 영향을 미치지 못하거나 오히려 그 반응을 억제시키는 역할을 한다. 따라서 두 가지 종류의 촉매를 적절히 조합해야 한다.

이들 희귀금속이 고가이지만, 특히 효과적인 촉매로 알려져 있다. 그래서 배기가스와 촉매의 접촉시간을 증가시키기 위하여 벌집망 형태의 알루미나에 백금이나 로듐 등을 증착시킨 형태를 취한다. 여기서 백금은 산화반응, 로듐은 환원반응 촉매로 작용한다.

이 촉매 변환기는 촉매 활성부위를 덮음으로써 그 효과를 떨어뜨리는 금속류에 의해서 쉽게 오염될 수 있다. 이러한 촉매 독작용을 하는 것 중에서 가장 심각한 것이 납이다. 그래서 촉매 전환기가 장착된 자동차에는 필수적으로 무연 휘발유를 사용하는 것이다.

백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd)은 화학적 성질이 비슷한 점이 많아서 이들을 총칭하여 백금족 금속이라고도 한다. 백금족 금속은 반응성이 거의 없지만 진한 염산과 질산의 혼합물인 왕수(aqua regia)와 같은 극단적인 시약과는 반응한다.

또한 백금은 흥미로운 존재이다. 금속 물질 중 안전하고, 노화의 주원인인 활성산소 제거 능력이 뛰어나 미백, 주름, 기미 개선효과가 있는 백금에 나노기술을 적용해 미세분말로 만들어 화장품 원료로 적극 활용한다. 특히 암 치료에 사용되는 항암제 가운데 하나인 시스플라틴(cisplatin)의 중심자리에는 백금이 정좌하고 있다.

시스플라틴은 종양의 성장을 방해하는 새로운 방법을 찾는 데 돌파구가 되었지만, 때로는 부작용이 나타났고, 반복해 복용했을 경우 효과가 감소했다. 그래서, 화학자들은 백금에 결합할 수 있는 다른 리간드를 찾아 더 낮은 독성을 갖거나 개선된 결과를 낼 수 있는 새로운 착물을 발굴하기 위해 현재도 노력하고 있다.

이들 모든 금속의 공급원 중 한 곳은 캐나다의 온타리오 주 서드버리(Ontario, Sudbury)에 있는 니켈 광산이다. 이들 원소들은 비반응성(비활성 금속, noble metal)이고, 은색을 띠며, 광택이 있는 금속이다. 이들 중 몇 가지는 보석과 금화 제조에 사용되지만, 대부분은 다양한 반응에서 촉매로 사용된다.

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
0 / 400
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.