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아연

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목차

1. 개요

아연은 청회색을 띠는 금속으로, 다양한 합금 및 화합물의 제조에 사용되며, 인체 내 필수 미량 원소로도 작용한다. 100~210°C 사이에서 전성과 연성이 크며, 210°C 이상에서는 부서지기 쉽다. 아연은 철강 제품의 부식을 방지하기 위한 아연 도금, 황동과 같은 합금 제조, 건전지, 희생 양극 등에 사용된다. 인체 내에서는 효소의 보조 인자, 세포 구성, 유전자 발현 등에 관여하며, 결핍 시 성장 저하, 면역 기능 저하 등을 유발할 수 있고, 과다 섭취 시 구리 및 철 흡수를 방해할 수 있다. 아연은 주로 섬아연석을 정제하여 건식 또는 습식 제련법으로 제조된다.

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아연
기본 정보
아연 조각 승화 및 1cm³ 큐브
아연 조각 승화 및 1cm³ 큐브
이름아연
영어 이름Zinc
라틴어 이름Zincum
일본어 이름亜鉛 (아엔)
원소 기호Zn
원자 번호30
원자 질량65.38(2)
전자 배치[아르곤|Ar] 3d¹⁰ 4s²
껍질 당 전자 수2, 8, 18, 2
CAS 등록 번호7440-66-6
물리적 성질
겉모습은회색
상태고체
밀도 (20°C)7.140 g/cm³
액체 밀도 (녹는점)6.57 g/cm³
녹는점692.68 K (419.53 °C, 787.15 °F)
끓는점1180 K (907 °C, 1665 °F)
융해열7.32 kJ/mol
기화열115 kJ/mol
열용량25.470 J/(mol·K)
증기압 (610 K)610 Pa
증기압 (670 K)1000 Pa
증기압 (750 K)10000 Pa
증기압 (852 K)100000 Pa
증기압 (990 K)1000000 Pa
증기압 (1179 K)10000000 Pa
결정 구조육방 조밀 구조
격자 상수a = 266.46 pm, c = 494.55 pm (20 °C)
전기 저항 (20°C)59.0 nΩ·m
열전도율116 W/(m·K)
열팽창 (20°C)30.08 × 10⁻⁶/K
영률108 GPa
전단 탄성 계수43 GPa
부피 탄성 계수70 GPa
푸아송 비0.25
모스 경도2.5
브리넬 경도327–412
소리 속도 (막대, 상온)3850 m/s (압연)
원자 성질
산화 상태2, 1, 0
전기 음성도1.65 (폴링 척도)
이온화 에너지1차: 906.4 kJ/mol
2차: 1733.3 kJ/mol
3차: 3833 kJ/mol
원자 반지름134 pm
공유 반지름122±4 pm
반데르발스 반지름139 pm
자기 정렬반자성
자기 감수율 (298 K)-11.4 × 10⁻⁶
기타 정보
발견자인도 야금술사
발견 시기기원전 1000년대 이전
최초 분리자안드레아스 지기스문트 마르크그라프
최초 분리 시기1746년
고유 금속으로 인식 시기라사라트나 사뭇차야 (1300)
동위 원소
안정 동위 원소64Zn (48.6%)
66Zn (27.9%)
67Zn (4.1%)
68Zn (18.8%)
70Zn (0.6%)
방사성 동위 원소65Zn (합성, 반감기 243.8일, 전자 포획, 감마 붕괴)
69Zn (합성, 반감기 13.76시간/56분, 베타 붕괴)
71Zn (합성, 반감기 3.97일/2.4분, 베타 붕괴)
72Zn (합성, 반감기 46.5시간, 베타 붕괴)

2. 주요 성질

아연은 청색을 띤 회색의 금속이다. 100°C부터 210°C 사이에서 전성과 연성이 매우 크며, 210°C를 넘거나 실온에서는 부서져서 두들기면 가루가 된다. 모스 굳기는 2.5이다. 습한 공기 중에서는 표면만 산화되어 내부가 보호된다. 이러한 성질은 산화될 가능성이 높은 수도관 등을 아연으로 도금하는 원리가 된다. 공기 중에서 내식성은 아연의 순도가 높을수록 좋다.[294] 가열하면 흰색 불꽃을 내며 탄 후, 녹색의 산화물이 된다. 적열 상태에서는 물을 분해해 수소를 발생시키기도 한다.

아연은 수은 등과 같이 수소 과전압이 큰 전극이다(약 0.7 V; 1 N H₂SO₄). 상대적으로 수소 분자를 발생하기 어려운 전극으로, 전극 표면 상태, 전류 밀도, 온도 등에 따라 수소 과전압이 변한다. 조건에 따라 수소보다 표준산화환원전위가 큰 아연이 수용액에서 석출되거나 전해도금이 가능하다. 아연 표면에서 수소 이온이 전자에 의해 환원된 후 수소 분자가 생성되는 다단계 반응은 속도 결정 단계이다. 저전류 영역에서는 음극 전위가 Zn의 평형 전위에 도달하지 않고 수소가 발생하지만, 고전류 영역에서는 수소 생성이 포화되어 음극 전위가 상승(수소 과전압)하면서 아연이 석출된다. 또한 음극상에 생성·흡착된 Zn(OH)₂가 수소 석출 억제제로 작용한다고도 생각된다.[294]

전기도금은 전기 제품이나 컴퓨터 등 정밀 제품에도 응용 가능하지만, 표면에 아연 위스커가 성장하여 전기 회로 내 단락을 일으켜 제품 고장을 유발할 수 있다.[295] 최근 서버 장애의 원인으로도 주의가 필요하다.[296]

2. 1. 물리적 성질

아연은 푸른빛을 띤 은백색의 광택이 나는 반자성 금속이다.[249] 그러나 대부분의 일반적인 상업용 등급의 아연은 광택이 없다.[11] 철보다 밀도가 낮고, 육방정계 결정 구조를 가진다.[12] 각 원자는 자기 평면에서 여섯 개의 최근접 이웃(265.9 pm)과 더 먼 거리(290.6 pm)에 여섯 개의 다른 이웃을 가지는, 왜곡된 육방밀집구조를 갖는다.

일반적으로 아연은 대부분의 온도에서 단단하고 부서지기 쉽지만, 100~150°C 사이에서는 전성이 좋아진다.[71][11] 210°C 이상에서는 다시 부서지기 쉬워져 두드리면 분말로 만들 수 있다.[13] 아연은 전기를 잘 전달하는 금속이다.[249]

금속 중에서 아연은 비교적 낮은 녹는점(419.5°C)과 끓는점(907°C)을 갖는다.[14] 녹는점은 d-블록 원소 금속 중 수은과 카드뮴을 제외하고 가장 낮다. 이러한 이유 등으로 아연, 카드뮴, 수은은 d-블록 금속의 다른 원소들과 같은 전이 금속으로 간주되지 않는 경우가 많다.[14]

아연을 포함하는 합금은 많으며, 구리와의 합금인 황동이 잘 알려져 있다. 기타 아연과 이원 합금을 형성하는 금속으로는 알루미늄, 안티모니, 비스무트, 금, 철, 납, 수은, 은, 주석, 마그네슘, 코발트, 니켈, 텔루르, 나트륨이 알려져 있다.[256] 지르코늄과 아연은 모두 강자성이 아니지만, 이들의 합금인 ZrZn2는 35 K 이하에서 강자성을 나타낸다.[249]

2. 2. 화학적 성질

아연은 주기율표의 12족 원소에 속하며, [Ar]3d104s2의 전자 배치를 가진다. 아연 단체는 중간 정도의 반응성을 지닌 금속이며, 강력한 환원제로 작용한다.[257] 순수한 금속 표면은 습한 공기 중에서 쉽게 녹이 슬어(변색) 결국에는 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 염기성 탄산아연으로 이루어진 회백색의 부동태 피막이 형성된다.[258]

아연은 공기 중에서 연소하면 밝은 청록색의 불꽃을 내면서 산화아연 연기를 생성한다.[266]

:2 Zn + O2 -> 2ZnO

아연은 산 및 염기와 쉽게 반응하며,[259] 매우 순수한 아연은 상온에서 산과만 서서히 반응한다.[266] 염산이나 황산과 같은 강산은 부동태 피막을 제거할 수 있으므로, 부동태가 제거된 금속 표면과 계속 반응하여 수소를 발생시킨다.[266] 묽은 질산에 녹였을 경우 농도에 따라 일산화이질소, 질소, 히드록실아민 또는 암모늄이온을 생성한다.[260]

:Zn + 2 H^+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + H2

:Zn + 2OH^{-}(aq) + 2H2O -> [Zn(OH)4]^{2-}(aq) + H2

:4 Zn + 10 H^+(aq) + NO3^-(aq) -> 4Zn^{2+}(aq) + NH4^+(aq) + 3H2O

아연의 화학에서는 2가의 산화 상태가 지배적이다. 2가의 산화 상태일 때 아연의 전자껍질은 최외각 4s 궤도의 전자가 손실된 상태가 되어 [Ar]3d10의 전자 배치가 된다.[261] 수용액 중에서는 주로 6배위 착물의 형태를 취한다.[262] 아연과 염화아연의 혼합물을 285도 이상으로 증발시키면 +1가의 산화 상태의 아연 화합물인 Zn2Cl2가 형성된다.[266] +1가 및 +2가 이외의 산화 상태를 취하는 아연 화합물의 존재는 알려져 있지 않으며,[263] 계산 화학에 의한 해석으로부터 4가의 아연 화합물은 존재하지 않을 것이라는 것이 나타나 있다.[264]

아연의 화학적 성질은 착물 형성 능력 등의 면에서는 구리나 니켈과 같은 4주기 후반의 전이 금속 원소와 유사하지만, d궤도가 채워진 전자 배치에 기인하여 그 화합물은 반자성을 나타내고, 또한 그 대부분은 무색이다.[267] 아연과 마그네슘의 이온 반지름은 거의 같기 때문에, 같은 음이온과 형성하는 염끼리는 같은 결정 구조를 취하며,[265] 다른 이온 반지름에 지배되는 성질에서도 많은 경우 마그네슘의 그것과 동등하다.[266] 아연은 공유 결합성이 강한 결합을 형성하고, 또한 질소나 황을 도너 원자로 하여 더 안정적인 착물을 형성하는 경향이 있다.[267] 아연의 착물은 주로 4배위 또는 6배위를 취하지만, 5배위의 착물도 알려져 있다.[266]

할로겐과는 상온에서 건조 상태에서는 반응하기 어렵지만, 수분의 존재 하에서 상온에서도 격렬하게 반응하고, 황과는 고온에서 황화물을 만든다. 한편, 수소, 탄소 및 질소와는 고온에서도 직접적으로는 반응하지 않는다.

3. 인체 내 역할

아연은 인체에서 세포를 구성하고 생리적인 기능을 다루는 필수적인 무기물이다.[176][194][180][177][178][179] 특히 효소의 보조 인자(cofactor)로 작용하여 효소의 기능을 돕는다.

아연은 100종류가 넘는 효소의 활성에 관여하며, 주로 효소의 구조 형성과 유지에 필수적이다. 이러한 효소들은 면역 기능 보조, 상처 치유, 정자 형성, 미각 감지, 태아 발생, 소아 성장 등 다양한 생리적 역할을 담당한다. 특히 탄산탈수효소는 이산화탄소 조절에 중요한 역할을 한다.[196] 그 외에도 가수분해 효소 활성에 관여하며, DNA와 RNA의 인산에스터를 가수분해하여 절단하므로 세포 분열에 크게 관여한다.

임신한 여성에게 아연이 부족하면 기형아나 저체중아를 낳을 수 있으며, 성장 발육에도 문제가 생길수 있다. 또한, 아연을 과잉 섭취해도 미네랄 불균형으로 인해 건강에 해로울 수 있다.

3. 1. 생물학적 역할

아연은 인간을 비롯한 동물, 식물, 미생물에게 필수적인 미량 원소이다.[176][194][180][177][178][179] 300가지가 넘는 효소와 1000가지가 넘는 전사 인자의 기능에 필요하며, 메탈로티오네인에 저장되고 이동된다.[180][181][182] 철 다음으로 인체 내에서 두 번째로 풍부한 미량 금속이며, 모든 효소 종류에 존재하는 유일한 금속이다.[178][180]

인체에는 약 2~4그램의 아연이 분포되어 있으며,[184] 대부분 뇌, 근육, 뼈, 신장, 간에 존재하고, 전립선과 눈의 일부에 농도가 가장 높다.[185] 정액은 아연이 특히 풍부하며, 전립선 기능과 생식기 성장에 중요한 요소이다.[186]

아연의 생물학적 역할은 다양하다. 유기 리간드와 상호 작용하고,[3] RNA와 DNA 대사, 신호 전달, 유전자 발현 등에 관여하며, 세포자멸사를 조절한다. 2015년 연구에 따르면 인간 단백질의 약 10% (~3000개)가 아연에 결합하며,[189] 아연을 운반하고 이동하는 수백 가지의 단백질이 추가로 존재한다.

뇌에서 아연은 특정 시냅스 소포에 글루탐산성 뉴런에 의해 저장되며, 뉴런의 흥분성을 조절한다.[194][180][190] 시냅스 가소성과 학습에 중요한 역할을 한다.[194][191] 아연 항상성은 중추 신경계의 기능적 조절에도 중요하다.[194][190][180] 중추 신경계에서 아연 항상성의 조절 이상은 신경 독성을 유발할 수 있다.[194][192] SLC30A3는 뇌 아연 항상성에 관여하는 주요 아연 수송체이다.[194]

대부분 노란색과 파란색으로 구성된, 몇 개의 빨간색 부분이 있는 서로 연결된 줄무늬.
인간 탄산탈수효소 II의 리본 다이어그램, 중앙에 아연 원자가 보임


한쪽은 파란색으로, 다른 쪽은 회색으로 칠해진 비틀린 띠. 두 끝은 몇 가지 화학 종을 통해 녹색 원자(아연)에 연결됨.
아연 손가락은 DNA 서열을 읽는 데 도움이 됨


아연은 루이스 산으로 작용하여 수산화 등 효소 반응에서 촉매제 역할을 한다.[211] 유연한 배위 기하학을 가지는 아연은 단백질이 구조를 빠르게 전환하여 생물학적 반응을 수행하도록 돕는다.[195] 아연을 포함하는 효소의 예로는 탄산탈수효소와 카르복시펩티다아제가 있으며, 이들은 각각 이산화탄소(CO2) 조절과 단백질 소화 과정에 필수적이다.[196]

척추동물의 혈액에서 탄산탈수효소는 CO2를 중탄산염으로 전환하고, 같은 효소가 중탄산염을 CO2로 다시 전환하여 폐를 통해 배출한다.[197] β-탄산탈수효소는 식물에서 잎 형성, 인돌 초산(옥신) 합성 및 알코올 발효에 필요하다.[200] 카르복시펩티다아제는 단백질 소화 중 펩타이드 결합을 절단한다.

아연은 아연 손가락 구조, 꼬임, 그리고 뭉침에서 구조적인 역할을 한다.[202] 아연 손가락은 전사 인자의 일부를 형성하는데, 이는 DNA 복제 및 전사 과정에서 DNA 염기 서열을 인식하는 단백질이다.

혈장에서 아연은 알부민(60%, 저친화성)과 트랜스페린(10%)에 결합되어 운반된다.[184] 과도한 철분은 아연 흡수를 감소시키고 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 구리와도 유사한 길항 작용이 존재한다.[203]

아연은 미생물 내부 또는 동물의 장이나 간에 있는 메탈로싸이오닌 저장소에 저장될 수 있다.[205] 장 세포의 메탈로싸이오닌은 아연 흡수를 15~40% 조절할 수 있다.[206]

인간의 도파민 수송체는 고친화성 세포외 아연 결합 부위를 포함하며, 아연 결합 시 도파민 재흡수를 억제하고 암페타민에 의해 유도된 도파민 유출을 ''시험관 내''에서 증폭시킨다.[207][208][209] EF-핸드 칼슘 결합 단백질 중 일부도 아연 이온에 결합할 수 있다.[210]

생체 내에서 아연은 면역 기구 보조, 상처 치유, 정자 형성, 미각 감지, 태아 발생, 소아 성장 등 다양한 생리적 역할에 관여한다.

식물에서 아연은 유해한 활성산소를 제거하는 효소 구성 성분이며, 망가니즈나 마그네슘 등과 같이 효소를 활성화시킨다. 아연 결핍 시 단백질 합성이 억제되어 엽록체에 그라나의 발육이 나빠지고 액포가 발생하며, 잎에 갈색 반점이 나타나고 작아지면서 생육이 저해된다. 또한 잎맥 사이에 황백화 현상이 나타난다.

100g당 아연 함유량(mg)은 다음과 같다.[304]

식품함량(mg)
굴7
간6
캐슈너트5
쇠고기4
밀4
치즈3
명란젓3
새우2
달걀1
우유0.4


3. 2. 결핍 및 과잉 섭취

아연 결핍은 성장 저하, 설사, 면역 기능 저하, 피부염, 미각 장애 등을 유발할 수 있다.[211] 아연 결핍은 식욕 부진으로 이어질 수 있으며,[165] 거식증 환자의 체중 증가를 개선하는 데 아연이 사용되기도 한다.[166] 아연 결핍은 주요 우울 장애(MDD)와 관련이 있으며, 아연 보충제가 효과적인 치료법이 될 수 있다는 연구 결과도 있다.[169]

아연 결핍의 원인으로는 아연 함량이 적은 식사, 식이섬유의 과다 섭취, 철이나 구리의 과다 섭취 등이 있다.[302] 피틴산은 곡물이나 콩류에 많이 함유되어 있는데, 아연의 흡수를 방해한다.[302] 따라서 붉은 육류 섭취가 적고 곡물이나 콩류 섭취가 많은 국가에서는 아연 결핍증이 나타날 가능성이 높다.[302]

아연 결핍의 증상으로는 미뢰 감소에 의한 미각 장애,[299] 정자 형성 감소, 무월경, 빈혈, 피부염, 면역 기능 저하, 갑상선 기능 저하, 상처 치유 지연 등이 있다.[302]

아연은 과잉 섭취 시 췌액을 통해 배설되므로, 일반적인 식생활에서는 과잉증이 문제가 되지 않는다.[302] 그러나 급성 중독이나 영양제 섭취 등으로 인해 지속적으로 과잉 섭취하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.[302]

아연의 1일 평균 섭취 권장량은 다음과 같다.[298]

1일 평균 섭취 권장량 (mg)
라이프 스테이지섭취 권장량
생후 6개월2 mg
유아 7-12개월3 mg
소아 1-3세3 mg
소아 4-8세5 mg
소아 9-13세8 mg
10대 14-18세 (남자)11 mg
10대 14-18세 (여자)9 mg
성인 (남성)11 mg
성인 (여성)8 mg
10대 임산부12 mg
임산부11 mg
10대 수유부13 mg
수유부12 mg


4. 식물 내 역할

식물에서 아연은 활성산소 제거 효소의 구성 성분이며, 망가니즈나 마그네슘과 함께 효소 활성화에 관여한다.

아연이 결핍되면 다음과 같은 현상이 나타난다.


  • 단백질 합성이 억제되어 엽록체 그라나의 발육이 나빠지고 액포가 발생한다.
  • 식물 잎에 갈색 반점이 나타나고 잎이 작아지면서 생육이 저해된다.
  • 잎맥 사이에 황백화 현상이 나타나 담녹색이나 흰색에 가까운 황색을 띤다.

5. 제조 방법

아연은 주로 섬아연석 등의 아연 광석을 부유선광하여 정제한 후, 건식 증류법 또는 습식 제련법으로 제조한다.

섬아연석(閃亜鉛鉱) (ZnS)과 능아연석(菱亜鉛鉱) (ZnCO3)이 주요 아연 광석이며, 일본의 아연 광산은 섬아연석이 주를 이룬다. 미세하게 파쇄된 광석에서 부유선광(浮遊選鉱) 등으로 맥석, 구리 광물, 납 광물 등을 분리한 것을 아연 정광이라고 하며, 아연 함량은 50~58%이다. 아연 정광은 배소(焙焼)에 의해 산화아연(酸化亜鉛) (아연소광)으로 된 후, 건식 제련법 또는 습식 제련법(전해정련(電解精錬))에 의해 금속 아연으로 제련된다.[52]

:2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2

섬아연석에는 카드뮴(カドミウム)이, 능아연석에는 납(鉛)이 함유되어 있기 때문에, 아연 제련에서는 이러한 유해 금속이 환경에 방출되지 않도록 관리된다.

건식법과 습식법에 대한 더 자세한 내용은 각각의 하위 섹션을 참고할 수 있다.

5. 1. 건식법

아연 광석에는 다른 금속의 황화물 등 불순물이 많이 포함되어 있어(아연 함유량은 보통 4~10%), 부유선광을 통해 아연 함유량을 60% 정도로 높인 다음, 이 광석을 융해점 419.5°C 이하에서 가열하는 건식증류법으로 제련하여 고순도의 아연을 만든다.

건식 제련법은 탄소(코크스 또는 무연탄)를 이용하여 산화아연의 로스트(燒鑛)를 환원시켜 생성된 금속 아연을 휘발 회수하여 증류 아연을 만드는 방법이다. 환원로의 형식에 따라 수평 레토르트 증류법, 입형 레토르트 증류법(수직 레토르트법, New Jersey법), 전열 증류법, ISP법 등으로 크게 나뉜다.[283]

:ZnO + C -> Zn(g) + CO

증류 아연은 내화 점토로 만든 콘덴서(받침대)로 유도하여 냉각시켜 액상 아연으로 포집하지만, 납(bp. 1744 ℃), 카드뮴(bp. 765 ℃)을 포함한다. 이러한 불순물은 다이캐스팅용 아연에서 입계 부식을 일으키는 원인이 되므로, 분별 증류에 의해 더욱 고순도로 정제된다. 납은 휘발하지 않는 온도로 유지되고, 카드뮴은 먼저 휘발시켜 분리한다.

전열 증류법은 아연 로스트와 코크스 입자의 혼합물에 직접 전류를 통과시켜 가열하는 원통형 전기로를 사용한다. 이 방법은 아연 1톤당 3000kWh의 전력과 500kg의 코크스가 필요하다. ISP법은 용융로 제련법이라고도 불리며, 로 내부에서 생성되는 아연 증기를 용융 납의 샤워에 흡수시켜, 이 아연을 4.6% 함유하는 560℃의 용융 금속을 440℃까지 냉각하면 용융 납에 대한 아연의 용해도가 2.1%까지 저하되어 거의 순수한 용융 아연이 분리되어 떠오르므로 이를 회수한다.[247]

5. 2. 습식법

아연 광석을 황산에 용해시킨 후, 전기 분해하여 아연을 얻는 방법이다.

습식 제련법에서는 산화아연(酸化亜鉛) 소결광(焼鉱)을 황산에 녹여 황산아연(硫酸亜鉛) 수용액으로 만들고, 전해하여 금속을 얻는다.[283]

:ZnO + H2SO4 -> ZnSO4 + H2O

:(ZnO + 2 H^+ -> Zn^{2+}{}+H2O)

이 황산아연 용액은 불순물을 포함하므로, 먼저 소량의 이산화망간(二酸化マンガン)을 첨가하여 철 이온을 2가에서 3가로 산화시킨 후, 철, 비소(砒素), 안티몬을 침전시킨다. 이어서 소량의 아연 분말을 첨가하여 구리, 니켈, 코발트 및 카드뮴을 단체로 석출하여 제거한다.[283] 이렇게 정제된 황산아연 수용액에 묽은 황산을 가하여 산성으로 하고, 음극(陰極)에 알루미늄 전극, 양극(陽極)에 불용성의 함은연 전극을 사용하여 전해정련(電解精錬)한다. 양극에서는 산소가, 음극에서는 아연이 석출되어 순도 99.99% 이상의 금속 아연을 얻는다.[284][285] 아연은 이온화 경향이 수소보다 크고 전위적으로 환원되기 어려운 금속이지만, 수소 과전압(過電圧)이 높기 때문에 수용액 중에서도 음극에 석출시킬 수 있다.

:\rm Zn^{2+} + 2 e^- \rightarrow Zn（음극）

소비 전력은 아연 1톤당 3000~4000 kWh이다.[260] 산화아연의 발열량은 약 1.5kWh/kg이며 전해의 전력 효율은 절반 이하로 높다고는 할 수 없다.[286] 이것은 충전식 공기아연전지(空気亜鉛電池)를 실용화하는 데 있어서 장애가 된다.

6. 역사

납 제조 과정의 부산물로 얻어진 아연의 표면은 매끄럽지 않고 빗살 모양의 줄무늬가 있어서 Zinken|징켄de이라고 불리게 되었다.[246]

일본에서는 황동(진주)을 뜻하는 鍮石(유석)이라는 단어가 천평(天平) 연간부터 기록에 남아 있으며, 문록(文禄) 연간에는 진주(真鍮)라는 명칭으로 바뀌었다. 16세기 말경, 아연은 중국 이름으로 와연(倭鉛)이라고 불렸고, 포르투갈에서는 Tutanaga|투타나가pt라고 불렀지만, 일본에서는 토탄(トタン)(吐丹)이라고 불렀다.[247] 1713년 (정덕 3년)에 『화한삼재도회』에 아연(亜鉛)이라는 단어가 처음으로 기록되었다.[248]

유럽인으로서 금속 아연을 처음 접한 것은 포르투갈인이었다. 포르투갈인들은 아연의 중요성을 깨닫지 못했고, 포르투갈 상선을 나포한 네덜란드인에 의해 서구에 금속 아연이 반입되었다. 1509년에 뉘른베르크의 에베너가 처음으로 유럽에서 금속 아연의 생산을 시작했다. 1620년에는 유럽에서 동양 기원의 금속 아연 판매가 시작되었다.

1743년, 유럽 최초의 아연 공장이 항구 도시 브리스틀에 건설되었으며, 연간 생산량은 200톤이었다. 같은 해 스웨덴인 안톤 폰 슈바프가 탄산 아연에서 아연을 증류 분리하는 데 성공하여, 황화 아연에서도 추출할 수 있었다. 1798년에 수평 레토르트 제련법, 즉 내화성 용기에 석탄과 아연 광석을 넣고 가열하여 아연을 증류 제련하는 방법에 의한 제련 공장이 건설되었다.[282]

일본에서는 황동이 에도 시대가 되어서야 보급되었다고 생각되어 왔다. 그러나 12세기 헤이안 시대, 토바 상황의 황후인 미후쿠몬인이 고야산에 봉납한 「감지금자일체경」에 황동이 대량으로 사용되고 있는 것이 판명되어, 이미 이 시대에는 일본에서도 황동이 사용되고 있었던 것으로 보인다.[280][281]

일본 국내에서의 금속 아연 제련은 1889년(메이지 22년)에 흑광의 처리에서 시작되었다. 증류 아연이 상업적 기반으로 생산되고, 전기 아연의 생산이 카미오카 광산에서 시작된 것은 모두 1910년(메이지 43년)경이다.[247]

6. 1. 고대

아연은 적어도 기원전 4000년부터 구리와의 합금인 황동으로 사용되어 왔다.[247] 고대 그리스인들은 키프로스산 아연 화합물에 대해 기술하고 있다. 로마 정복 이전의 다키아인(현재의 루마니아)은 기원전부터 금속 아연 제련 기술에 통달하고 있었다. 다키아 이전에 금속 아연을 얻은 민족은 발견되지 않았으며, 다키아 이외의 유럽에서 금속 아연을 제련하게 된 것은 산업혁명이 시작된 이후이다.

인도에서도 다키아인과는 독립적으로 아연 제련 기술을 발견하여, 12세기에는 울을 환원제로 사용하여 금속 아연을 얻고 있었다. 12세기부터 16세기까지 100만 톤 이상의 아연을 생산한 것으로 생각된다. 인도의 기술은 이윽고 중국으로 전해져, 16세기에는 중국에서도 아연 생산이 시작되었다.

1374년경 타카 왕조의 마다나팔라(Madanapala) 힌두 왕에게 기인하는 의학 백과사전에서 '야사다(Yasada)' 또는 '자사다(Jasada)'라는 명칭으로 금속으로서 명확히 인식되었다.[70] 13세기 인도에서는 능금석을 털이나 기타 유기물질로 환원하여 불순한 아연을 제련하고 추출하였다.[71][72]

연금술사들은 공기 중에서 아연 금속을 태우고 응축기에 생성된 산화 아연을 모았다. 일부 연금술사들은 털실처럼 뭉쳐서 모이는 이 산화 아연을 라틴어로 "철학자의 털"이라는 뜻인 '라나 필로소피카(lana philosophica)'라고 불렀고, 다른 연금술사들은 그것이 흰 눈처럼 보인다고 생각하여 '닉스 알붐(nix album)'이라고 불렀다.[73]

아연의 이름은 아마도 스위스 출신 독일 연금술사인 파라켈수스가 16세기 그의 책 "리베르 미네랄리움 II(Liber Mineralium II)"에서 이 금속을 "징쿰(zincum)" 또는 "징켄(zinken)"이라고 언급하면서 처음으로 기록되었을 것이다.[72][74]

6. 2. 중세 및 근대

12세기 인도에서 아연 제련 기술이 발견되었다. 13세기 인도에서는 능금석을 털이나 기타 유기물질로 환원하여 불순한 아연을 제련하고 추출하였다.[71][72] 이 기술은 17세기까지 중국에는 알려지지 않았다.[72] 이후 인도의 기술은 중국으로 전파되어, 16세기에는 중국에서도 아연 생산이 시작되었다.

아연의 연금술 기호


연금술사들은 공기 중에서 아연 금속을 태우고 응축기에 생성된 산화 아연을 모았다. 일부 연금술사들은 이 산화 아연이 털실처럼 뭉쳐서 모이는 특성 때문에 라틴어로 "철학자의 털"이라는 뜻인 '라나 필로소피카(lana philosophica)'라고 불렀고, 다른 연금술사들은 흰 눈처럼 보인다고 하여 '닉스 알붐(nix album)'이라고 불렀다.[73]

아연의 이름은 16세기 스위스 출신 독일 연금술사인 파라켈수스가 그의 책 "리베르 미네랄리움 II(Liber Mineralium II)"에서 "징쿰(zincum)" 또는 "징켄(zinken)"이라고 언급하면서 처음으로 기록되었을 것으로 추정된다.[72][74] 이 단어는 독일어 zinke|징케de에서 유래했으며, "이빨 모양의, 뾰족한 또는 들쭉날쭉한"이라는 뜻을 가지고 있을 것이다.[75] "징크(Zink)"는 독일어로 주석을 뜻하는 "찐(zinn)"과의 관계 때문에 "주석과 같은"을 의미할 수도 있다.[76]

17세기와 18세기 초, 아연은 동양에서 유럽으로 정기적으로 수입되었지만,[72] 때로는 매우 비쌌다. 1737년 중국에서 아연 제련 기술이 영국에 전해졌다. 1743년, 유럽 최초의 아연 공장이 항구 도시 브리스틀에 건설되었다.

독일의 안드레아스 마르그라프는 1746년 코크스와 산화 아연을 가열할 때 공기를 차단하는 방법으로 금속 아연을 분리하는 데 성공했다. 마르그라프의 방법은 금속 아연의 대규모 생산으로 이어졌기 때문에, 그는 아연의 발견자로 여겨지기도 한다.

1850년대에는 미국의 힐츠가 아연 생산을 시작했다. 1881년에 프랑스의 르트랑주가 전해법을 발명했다.[282] 1910년대가 되면 세계 각지에서 아연의 전해 제련이 시작되었다.[282]

7. 사용

아연은 주로 강철 제품의 부식을 막기 위해 도금하는 데 사용된다.[20] 놋쇠, 청동 등 다양한 합금 제조에도 사용되며,[71] 자동차 산업에서는 다이캐스팅에 사용된다.[71] 1982년부터 미국의 1센트 주화 주조에도 사용되고 있다.

건전지의 양극으로 사용되며,[71] 선박, 보트 등의 금속 부식 방지를 위한 희생 양극으로도 사용된다.[293]

아연은 납의 대체재로도 사용되어 낚시 추, 타이어 밸런스, 플라이휠 등 다양한 용도로 활용된다.[129][130]

7. 1. 화합물

산화아연은 페인트에서 백색 안료로 널리 사용되며,[110] 고무 제조 시 발열 분산을 위한 촉매 역할을 한다.[110] 또한 고무, 플라스틱을 자외선(UV)으로부터 보호하는 데 사용된다.[113]
산화아연은 페인트에서 백색 안료로 사용된다.
산화아연은 자외선 차단제에 사용되며, 규정 농도 내 사용은 안전하다고 여겨진다.[305] 그 외에 투명전극이나 투명박막트랜지스터의 전도막으로도 사용된다.[291][292]

염화아연은 목재에 방염제[134] 또는 목재 방부제[135]로 첨가된다.

황화아연(ZnS)은 시계 바늘, X선 및 텔레비전 화면, 야광 페인트와 같은 발광 안료에 사용된다.[137] ZnS 결정은 스펙트럼의 중적외선 영역에서 작동하는 레이저에도 사용된다.[138]

피리티온 아연은 비듬과 지루성피부염에 효과적이며,[306] 샴푸 등에 배합된다.

8. 환경 영향

아연 제련 과정에서 이산화황, 카드뮴 등 유해 물질이 배출될 수 있다.[110] 과도한 아연은 토양 및 수질 오염을 유발할 수 있다.

9. 주의 사항

아연은 건강에 필수적인 영양소이지만, 과다 섭취는 구리와 철의 흡수를 방해하여 해로울 수 있다.[236] 자유 아연 이온은 식물, 무척추동물, 심지어 척추동물인 어류에게도 매우 독성이 강하다.[232] 예를 들어, 최근 연구에 따르면 6마이크로몰의 자유 아연 이온은 물 속의 *물벼룩*의 93%를 죽일 수 있다.[233]

자유 아연 이온은 강력한 루이스 산으로, 부식성을 띨 정도이다. 위산에는 염산이 포함되어 있는데, 금속 아연은 염산에 쉽게 용해되어 부식성이 있는 염화아연을 생성한다. 1982년 이후 미국 1센트 동전(아연 함량 97.5%)을 삼키면 위산에서 아연 이온의 높은 용해도로 인해 위벽이 손상될 수 있다.[234]

하루 100~300mg의 아연을 섭취하는 사람들은 구리 결핍이 발생할 수 있다. 2007년 연구에서는 하루 80mg의 아연을 섭취한 고령 남성이 플라시보를 섭취한 남성보다 요로 합병증으로 입원한 경우가 더 많았다.[235] 100~300mg 수준의 아연은 구리와 철의 이용을 방해하거나 콜레스테롤에 악영향을 미칠 수 있다.[236] 토양에 500ppm을 초과하는 아연은 철과 망간과 같은 다른 필수 금속의 식물 흡수를 방해한다.[105]

아연 진동 또는 "아연 오한"이라고 불리는 증상은 아연 도금된 재료를 브레이징 또는 용접할 때 아연 증기를 흡입하여 유발될 수 있다.[137] 아연은 틀니 크림의 일반적인 성분이기도 한데, 그램당 17~38mg의 아연을 포함할 수 있다. 이러한 제품의 과도한 사용으로 인한 장애 및 사망 사례가 보고되었다.[237]

미국 식품의약국(FDA)은 아연이 코의 신경 수용체를 손상시켜 후각 상실을 유발한다고 밝혔다. 1930년대에 아연 제제를 사용하여 소아마비 감염을 예방하려는 시도가 실패했을 때에도 후각 상실이 관찰되었다.[238] 2009년 6월 16일, FDA는 아연 기반 비강내 감기 치료제를 매장 선반에서 제거하도록 명령했다. FDA는 후각 상실이 가스 누출이나 연기를 감지하지 못하고 음식이 상했는지 확인할 수 없기 때문에 생명을 위협할 수 있다고 밝혔다.[239]

최근 연구에 따르면, 국소 항균제인 피리치온 아연은 강력한 열충격 반응 유도체이며, 배양된 인간 각질세포와 멜라닌세포에서 PARP 의존성 에너지 위기를 유발하여 게놈 무결성을 손상시킬 수 있다.[240]

1982년, 미국 조폐국(United States Mint)은 구리로 도금되었지만 주로 아연으로 만들어진 1센트짜리 동전(Cent (United States coin))을 주조하기 시작했다. 아연 페니는 치명적일 수 있는 아연 중독증의 위험이 있다. 425개의 페니(1kg 이상의 아연)를 만성적으로 섭취한 한 사례에서는 위장관 세균 및 곰팡이 패혈증으로 인해 사망에 이르렀다. 12g의 아연을 섭취한 다른 환자는 무기력증과 운동 실조(근육 운동의 심각한 조정 부족)만 나타났다.[241] 아연 동전 섭취로 아연 중독을 겪은 다른 여러 사례도 보고되었다.[242][243]

페니와 다른 작은 동전은 때때로 개가 삼키는데, 이 경우 수의사가 이물질을 제거해야 한다. 일부 동전에 함유된 아연은 아연 중독을 일으킬 수 있으며, 개의 경우 심각한 용혈성 빈혈과 간 또는 신장 손상으로 인해 종종 치명적이며, 구토와 설사가 나타날 수 있다.[244] 아연은 앵무새에게 매우 유독하며, 중독은 종종 치명적일 수 있다.[245] 아연 도금 용기에 보관된 과일 주스를 섭취함으로써 대량의 앵무새 아연 중독 사례가 발생했다.[59]

고농도의 아연 증기를 흡입하면 호흡기에 장애를 일으키고, 전신, 특히 사지의 경련을 일으킬 수 있다.

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