금속, 넌 왜 변하는거니?

금속, 넌 왜 변하는거니?

입력 2006-04-28 00:00
수정 2006-04-28 00:00
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얼마 전 학생들과 ‘과거로의 여행’이라는 테마로 수학여행을 갔습니다. 백제 문화탐방의 일환으로 부여를 방문해 박물관을 방문했지요. 그곳에서 학생들은 여러 유물을 보게 되었는데 한 학생이 이런 말을 하더군요.“왜 금으로 된 것들은 보존 상태가 좋은데 철로 된 유물들은 보존 상태가 나쁘지?” 지구상의 모든 금속은 자신의 고유한 성질을 가지고 있는데, 대표적인 것이 바로 반응성입니다. 금속의 반응성이란 금속이 전자를 잃어버리고 양이온이 되려는 경향을 말하는데 다른 용어로는 이온화 경향이라고 하지요.

반응성이 큰 금속은 전자를 쉽게 잃어버리고 양이온이 되면서 다른 물질과 반응해 금속이 본래 가지고 있는 성질을 잃어버리게 됩니다. 따라서 금은 금속의 반응성이 작아 전자를 쉽게 잃어버리지 않으니 그 상태 그대로 오늘날까지 보존될 수 있었죠. 반면 철은 금속의 반응성이 커서 쉽게 전자를 내놓고 다른 물질과 반응하니 오늘날까지 보존된 것이 별로 없는 것입니다.

여기에서 금속의 반응성을 금속의 부식과 연관지어 생각해 볼 수 있습니다. 금속의 부식이란 금속이 공기 중에서 산소나 수분과 반응해 금속의 광택이나 강도가 약해져 쉽게 부서지는 것을 말합니다. 따라서 반응성이 큰 금속은 부식성 또한 크다고 볼 수 있습니다. 그래서 현재 가장 많이 사용하는 금속인 철은 부식성이 큰 금속이므로 반드시 어떤 식으로든 보호를 해 주지 않으면 얼마가지 않아서 못쓰게 됩니다. 보통 철이 부식되는 것을 녹슨다는 표현으로 더 많이 사용합니다.

그렇다면 철의 부식을 막는 방법으로는 무엇이 있을까요? 가장 쉬운 방법으로는 기름칠이나 페인트칠을 해 철이 공기 중의 산소와 수분과의 접촉을 막는 방법이 있습니다. 또 겉을 다른 금속으로 입히는 방법인 도금이 있는데, 금속에 따라 유의할 점이 있습니다. 예컨대 철을 주석으로 도금한 양철의 경우는 만약 도금이 벗겨지면 오히려 철의 부식이 촉진되므로 유의해야 합니다. 왜냐하면 철이 주석보다 금속의 반응성이 크므로 먼저 산화돼 부식이 촉진되기 때문이지요. 반면에 철을 아연으로 도금한 함석의 경우에는 도금이 벗겨져도 아연이 계속 철을 보호할 수 있어 부식의 걱정이 없습니다. 그 이유는 아연이 철보다 금속의 반응성이 커서 먼저 산화되므로 철의 부식을 막을 수 있기 때문입니다. 이런 부식방지 방법을 음극화 보호라고 합니다. 보통 이 방법은 땅 속에 매장된 철제 수도관이나 가스관, 대형 유류탱크, 철로 된 교량의 부식을 막는데 널리 이용됩니다.

마지막으로 철의 부식을 막는 방법으로는 여러 가지 금속을 넣어 높은 온도에서 녹여 만든 합금이 있습니다. 우리가 주방용품으로 널리 사용하는 스테인리스강은 철에 크롬과 니켈을 넣고 만든 합금입니다. 하지만 반응성이 큰 금속이라고 무조건 부식이 잘 되므로 보호가 필요한 것은 아닙니다. 알루미늄은 철보다 금속의 반응성이 크지만 표면이 부식 되면 산화피막을 형성하기 때문에 따로 보호할 필요가 없습니다.

2006-04-28 19면
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