금속의 용도에서 진정한 삶을 찾다
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변종철 제주대학교 명예교수·전 제주대학교 자연과학대학 학장

인간세상과 마찬가지로 금속계에도 다양한 것들이 있다. 오늘날 인간에게 유용하지 않은 금속은 없다. 모든 금속들은 나름대로 특성을 지니고 있다. 지구상에 존재하는 모든 사람들도 각양각색의 개성과 외형을 가꾸고 있다.

인간의 성장과정과 마찬가지로 금속을 추출하는 방법은 개개 금속의 성질에 따라 상이하다. 그래서, 이들 금속의 응용분야도 다르다. 이들을 적재적소에 사용하면 인간의 삶이 윤택하게 될 것이다.

고대인과 현대인의 생활상에서 가장 커다란 차이는 금속의 사용과 관계가 있 다. 인류가 처음 알게 된 금속은 동과 금이다. 이러한 것들은 자연동, 자연금의 덩어리로 자연계에 존재한다.

동은 돌보다 세공이 용이하고 자유자재로 변형시킬 수 있어 돌로 된 연장을 대신하여 동으로 된 것을 사용하게 되었다. 그래서, 동을 함유하고 있는 산에서 채굴한 광석으로부터 동을 제련하는 기술이 발달되었다.

야금(metallurgy) 공장, 특히 철의 제련 현장의 내부를 살펴보는 것도 의미가 있을 것이다. 제철소의 용광로, 보통 고로(高爐)라 부르는 하부로는 새빨갛게 녹은 쇳물이 흘러내린다.

고로의 위쪽에서는 광석(원료), 코크스(연료), 석회 혹은 석회석(융제) 등이 적당한 비율로 투입된다. 코크스가 타기 시작하면 유독한 일산화탄소가 발생한다. 광석의 결정격자도 이 기체의 공격을 받으면 허물어진다. 이것은 이산화탄소가 형성되기 위해 광석의 결정격자로부터 산소원자를 빼앗기 때문이다.

산소원자가 빼앗겨 격자가 무너지면 개방된 철이 녹아 노 아래쪽으로 흘러내린다. 일산화탄소만으로 광석에서 산소원자를 완전히 제거할 수는 없다. 그렇지만 이것이 가능한 것은 고로 내부의 열과 융제의 사용 때문이다.

광석이 가열되면 결정격자가 느슨해져서 철과 산소 간의 결합이 약화된다. 융제는 광석 속에 포함된 맥석 성분과 결합하여 융해된 상태로 하부로 떨어진다. 이것이 바로 슬래거(slag)라 칭한다. 이런 몇 가지 상호작용에 의해 일산화탄소가 산소와 쉽게 결합할 수 있도록 된다.

이런 내용물이 형성되도록 하기 위해서는 하부에서는 끊임없이 공기를 공급해야 된다. 동물계를 포함해 인간계에서 공기 중 산소가 절대적 존재이듯이 야금 공장에서도 이 기체는 중요한 위치를 점하고 있다.

이런 다양한 방식으로 추출한 금속도 사람처럼 천태만상의 형상과 특성을 지니고 있다. 열적 측면에서 금속의 성질도 재밌다. 텅스텐은 3,000정도에서도 녹지 않는다. 그래서, 이 금속은 전구의 필라멘트 등으로 사용되었다.

이와 상반되는 것으로 갈륨과 세슘은 사람의 체온 정도에서도 녹는다. 더구나 수은은 약 -38에서 액체로 존재하고, 357정도에서도 끓는다. 그래서, 수은은 그 이상의 온도 측정용으로는 의미가 없다.

이때 체온 정도에서도 녹는 갈륨이 자신의 특성을 발휘한다. 이 금속의 끓는점은 2,205정도이다. 그래서, 이것은 고온 측정용 온도계에 최적이다. 이것은 물이나 에탄올에 비해 액체 범위가 상당히 넓다.

오스뮴(Os)과 리튬이라는 두 금속이 가꿔온 밀도도 너무 상이하다. 오스뮴의 밀도가 22.61 g/cm³ 정도인 반면에 리튬은 물의 절반 정도인 0.53 g/cm3이다. 금속의 밀도에 따라 인간의 실생활에서 응용분야가 천차만별로 표현된다.

오스뮴은 백금족 금속의 하나로 천연 백금 광석을 왕수에 녹였을 때 녹지 않고 남아있던 찌꺼기에서 발견되었다. 냄새가 나는 금속 원소란 뜻의 이름을 가지고 있는데, 실온에서 휘발성이 크며 자극적인 냄새가 나는 사산화오스뮴으로 쉽게 변환되기 때문에 칭해진 이름이다.

우리도 상호 간에 차이점을 인정하고, 자신의 개성과 외형에서 꿈틀거리고 있는 정체성을 스스로 정립하여 나 속의 진정한 나에게 귀 기울이면 멋진 삶을 영위할 수 있을 것이다.

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