미네랄은 영어 'Mineral'을 그대로 쓴 말로 우리말로는 무기질 또는 무기염류라 합니다. 인체를 구성하고 인체의 성장과 유지 등의 생리 활동에 필요한 원소 중 유기물의 주성분이 되는 산소(O), 탄소(C), 수소(H), 질소(N)를 제외한 다른 원소를 통틀어 일컫는 말입니다. 주위에서 흔히 듣는 칼슘(Ca), 철(Fe), 칼륨(K), 나트륨(Na), 염소(Ci), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 요오드(I), 세륨(Se)등이 모두 미네랄의 일종입니다. 쉽게 얘기해서 동물이나 식물을 태운 후에 재로 남는 부분이라고 생각하면 됩니다. 이런 의미에서 미네랄을 회분(Ash)이라고 칭하기도 합니다. 자연계에는 92종의 천연원소와 이론상으로 관찰되는 22종의 추가 원소 그리고 수백종의 원소 동위체가 존재합니다. 현재 92종의 천연원소 중 82종의 원소가 인체내 조직과 액에서 발견되었다고 보고된바 있습니다.
칼슘은 주기율표 제2족에 속하는 알칼리토금속 원소이며 분자량이 40인 2가 양이온이다.칼슘은 우유 및 유제품(요구르트나 치즈류), 뼈째 먹는 생선, 짙푸른 채소에 다량 함유되어 있으며 해조류, 두류, 곡류 등에도 있다. 이 중 우유 및 유제품은 칼슘 함량이 높고 체내 이용률이 좋아서 칼슘의 가장 우수한 급원식품이다. 이외에도 칼슘이 풍부한 식품으로 칼슘 고형두부, 배추, 케일, 브로콜리, 칼슘강화 오렌지주스 등이 있다. 이외에도 이들 식품의 추출물 또는 다음의 합성원료를 첨가한 가공식품과 칼슘 보충용 식품도 좋은 급원식품이다.
칼슘은 인체 체중의 약 1.4%를 차지하며, 체내 칼슘의 약 99%는 뼈와 치아에 있고 나머지 1%는 혈액 등 체액에 있다. 체액의 Ca2+는 신경전달, 근육의 수축과 이완, 혈액 응고 등 여러 중요한 생리적 과정에 관여한다. 신경 세포에 활동 전위가 도달하면 세포 외액에서 세포 내액으로 Ca2+이 이동하고, 이에 의해 신경 전달 물질이 방출되어 신경 자극이 전달된다. 근육의 수축과 이완에서는, 신경 자극으로 근육이 흥분되면 소포체에서 Ca2+이 방출되어 농도가 높아지고 이에 의해 근육 단백질인 엑틴(actin)과 미오신(myosin)이 결합하여 근육 수축이 일어난다.
기율표 8족 4주기에 속하는 철족원소로 원소기호 Fe, 원자량 55.845g/mol, 녹는점 1538℃, 끓는점 2862℃, 밀도 7.874g/cm3 이다. 철은 순수한 금속의 상태로 산출되는 일은 극히 드물며 수백 개의 광물에서 다른 원소와 결합된 상태로 발견되며 α, γ, δ의 동소체가 존재한다. 우리 인체에는 평균적으로 약 4.5g(약 0.004％)의 철이 들어 있다.
철은 값이 비교적 저렴하고 성형이 쉬우며, 다른 금속과 합금이 잘 되므로 일상 생활에 사용되는 금속 중 사용량이 가장 많다. 건축물의 골재, 기계, 선박, 각종 가정 용구, 자동차의 몸체와 엔진에 사용되는 등 산업전반과 생활용품에 널리 사용되고 있다.
주기율표 1족 3주기에 속하는 알칼리금속원소의 하나로 원소기호 Na, 원자량 22.9898g/mol, 녹는점 97.72℃, 끓는점 883℃, 비중 0.968이다. 나트륨은 이와 같이 산소나 물과의 반응성이 크기 때문에 보관할 때에는 공기나 물과의 접촉을 피하도록 석유나 벤젠 등에 넣는다. 불꽃반응에서 노란색을 나타낸다.
금속 소듐은 합금 제조, 반응성이 큰 각종 금속의 제련 등에 쓰이며, 화학반응에서 환원제로도 쓰인다. 그리고 전등에도 사용되는데, 노란색 빛을 내는 소듐등은 에너지 효율이 높아 가로등으로 사용되기도 한다. 금속 소듐의 녹는점은 97.8oC로 비교적 낮고 끓는점은 883oC로 높다. 액체 소듐은 열전도도가 높고, 중성자를 잘 흡수하지 않기 때문에, 단독으로 또는 포타슘과의 합금으로 고속증식로(fast breeder reactor)에서 냉각제로 사용할 수 있다. 그러나 고속 증식로가 갖는 장점(우라늄 이용효율의 약 60배 증대 등)때문에 많은 관심이 주어지고 있다.
원소주기율표 상에서 3주기 17족에 속하는 할로젠족 원소로 원소기호는 Cl, 녹는점은 -101.5℃, 끓는점은 -34.04℃, 밀도는 3.2g/L이다. 전기음성도가 플루오린, 산소 다음으로 크고 자극적인 냄새가 나는 녹황색 기체이다. 염소분자(Cl2)는 강력한 산화제이며 표백제로 쓰인다.
반응성이 크고 다른 물질을 산화시키므로 산화제로 쓰이며 살균·소독 작용이 있어 살균·소독제로도 사용된다. 염산의합성재료나 표백분의 원료로 이용되고 있으며 염소화합물이나 금속염화물의 제조에도 널리 쓰인다. 염소는 공기 중에 0.003-0.006%만 존재해도 호흡기 점막이 상하며 장시간 노출되면 호흡곤란 증세가 발생한다. 직접 흡입해서는 안되며 취급에 각별한 주의가 필요하다.
원자번호 30번 원소인 아연은 구리와 함께 볼타 전지를 이루는 금속으로, 그리고 망가니즈 건전지의 음극 물질로 많은 사람에게 친숙한 금속일 것이다. 아연은 철, 알루미늄, 구리 다음으로 많이 생산되어 사용되는 금속이다. 우리 주변에서 사용되는 많은 철 제품은 아연 도금이 되어있어 잘 부식되지 않는다. 철판에 아연을 도금한 것을 함석이라 하는데, 스테인리스 강에 비해 값싸게 생산되므로 널리 사용된다. 아연과 구리의 합금인 황동(놋쇠)은 통신 장비, 악기, 물 밸브, 주화 등에 광범위하게 사용된다. 또한 여러 아연 합금들이 다이캐스팅 합금으로 많이 사용된다. 아연 화합물들은 페인트 안료, 인광체, 자외선 차단제, 의약품, 유기 합성 시약 등으로 요긴하게 사용된다.
아연은 거의 모든 생물체의 필수적인 미량 원소로, 인체에는 전이 금속 중에서는 철 다음으로 많이 들어있다. 성인에게는 약 2 g의 아연이 뇌, 간, 근육, 뼈, 신장, 간, 전립선 등에 들어있는데, 특히 전립선에 높은 농도로 있다. Zn2+는 거의 모든 유형의 효소에 들어있는데, 근래에 많은 주목을 받은 효소로는 이산화탄소를 물과 반응시켜 탄산으로 빠르게 전환시키는 효소인 탄산무수화효소, 단백질의 소화 과정에서 C-말단 펩티드 결합의 가수분해 과정에 관여하는 효소인 카르복시펩티데이스등이 있다. 아연은 이들 효소 외에도 탄수화물, 지방, 핵산의 합성과 분해에 관여하는 효소의 구성 성분이며, 항산화 효소(SOD)의 안정화에도 기여한다. 아연은 또한 DNA의 염기 서열을 인식하고 DNA의 복제 과정에서 유전 정보를 전달하는 것을 조절하는 단백질에도 결합되어 있다.
기율표 2족에 속하는 알칼리토금속으로서 원소기호 Mg, 원자번호 12, 원자량 24.3050, 녹는점 650℃, 끓는점 1,100℃, 비중 1.741이다.마그네슘은 자연상태에서는 단일원소로 존재하지 않고 규산이나 황산이나 탄산들과 함께 결합한 염의 형태로 많이 존재한다. 특히 지각을 구성하는 8대 원소(산소>규소>알루미늄>철>칼슘>나트륨>칼륨>마그네슘) 중 하나이다.
마그네슘은 반드시 섭취해야 할 무기물질로 인체 내에서 칼슘, 인과 함께 뼈의 대사에 중요한 기능을 하며 아미노산의 활성화와 ATP의 합성, 단백질의 합성에 결정적인 역할을 한다. 또한 신경전달 작용에서 칼슘과 서로 상반되는 작용은 물론 보완작용을 하기도 하며 근육을 이완시키는 기능을 한다.마그네슘은 식물의 엽록소분자의 구성원소로서 엽록소 분자구조의 한가운데에 위치하고 있으며 식물이 광합성을 할 때 모든 효소에 보조인자로 작용하여 광인산화 반응을 활성화시킨다.
원자번호 53번 원소인 아이오딘은 ‘요오드’라 부르기도 하며, 과거에는 일본의 한자어 표기 ‘沃素’에서 ‘옥소’라 부르기도 하였다. 이 원소의 인공 방사성 동위원소인 아이오딘-131(131I)은 핵연료 분열 때 생성되는데, 지난 2011년 3월 11일에 일어난 일본 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 많은 사람들에게 공포의 대상이 되었다. 자연 상태의 아이오딘은 안정한 동위원소인 127I로만 존재한다. 아이오딘은 고등학교 화학에서도 자주 취급되는데, 아이오딘을 사용하는 산화환원 적정, 이의 종말점을 찾는 아이오딘 녹말 지시약, 그리고 기름의 불포화 정도를 측정하는 아이오딘 값(수) 등이 그 예이다.
염소나 브로민과는 달리, 아이오딘은 특정 용도로 집중적으로 사용되기 보다는 아주 여러 분야에 다양하게 쓰인다. 한 일본 회사의 조사에 따르면, 아이오딘의 최종 용도는 X-선 영상 촬영의 조영제에 24%, 살생제에 17%, 산업 촉매에 16%, 의약품에 11%, 액정 디스플레이(LCD)에 10%, 동물 사료 첨가제에 7%, 안정제에 6%, 식염 첨가제에 4%, 제초제에 2%, 기타 용도에 3%이다. 아이오딘은 대부분의 생물이 필요로 하는 미량 필수 영양소이고, 갑상선 호르몬의 구성 원소이다. 따라서 아이오딘의 결핍을 막기 위해 식염과 보조 영양제에 널리 첨가된다. 또한 가축 사료에도 보조영양제로 아이오딘 화합물(예로, NH3 +CH2CH2NH3 +·2I-)을 첨가하기도 한다.
원자번호 58번 원소인 세륨(Ce)은 가끔 원자번호 55번의 세슘(Cs)과 혼동된다. 둘 다 반응성이 큰 금속 원소이나, 세슘은 알칼리 금속으로 화합물에서 +1의 산화상태를 갖는 반면, 세륨은 란타넘족에 속하는 희토류 금속 원소로 주로 +3과 +4의 산화상태를 갖는 화합물을 만든다. 희토류 금속 원소들은 현대 산업에서 촉매, 전자, 광학, 자석 등의 재료로 아주 중요하게 사용되는 전략 물질들이다. 모든 희토류 금속 원소들이 희귀하지는 않지만, 채광이 가능할 정도의 농도를 가진 희토류 광석이 다른 광물들에 비해 적고, 여러 희토류 원소들이 광석에 함께 들어있어 각각을 분리해내는 것이 복잡하고 비용이 많이 든다. 현재 희토류 금속과 화합물들은 거의 대부분이 중국에서 생산되어 전세계에 공급된다.
세륨은 순수한 금속 형태로는 거의 사용되지 않으며, 대부분이 다른 희토류 금속 원소와의 합금 형태인 미시메탈, 철과의 합금 형태인 페로세륨, 그리고 화합물 형태로 사용된다.세륨은 철과 다른 금속들에 첨가되어 이들의 성질을 바꾸는데 사용된다. 세륨은 강철 속의 산화물과 황화물 불순물을 환원시키는데 사용되고, 주철을 단조 가능한 철로 만들기 위해 첨가되며, 스테인리스 강철의 굳기를 높이는 합금제로도 사용된다. 마그네슘 합금의 경우에는, 주조성을 높이기 위해 미량의 지르코늄(Zr)과 함께 세륨이 3~4%로 첨가되며, 마그네슘 주물의 내열성을 높이기 위해서도 첨가된다. 세륨은 또한 여러 알루미늄 합금을 만드는데도 사용된다. 세륨 합금은 영구자석과 기체 텅스텐 아크 용접의 텅스텐 전극에도 사용된다.
주기율표 16족에 2주기에 속하는 칼코겐(chalcogen) 원소로 원소기호는 O, 원자량은 16, 녹는점 -218.79℃, 끓는점 -182.95℃, 밀도는 1.429g/L이다. 질량(mass)으로 지각에서 가장 풍부한 화학원소이며 우주에서 수소와 헬륨 다음 세 번째로 많은 원소이다. 상온에서 이원자 분자(O2)로 존재하며 반응성이 커서 거의 모든 원소와 반응하여 산화물을 만든다.
산소는 동식물의 생명 유지에 없어서는 안 될 물질이다. 호흡을 통해 몸 속으로 들어온 산소는 영양분을 태워 에너지를 얻을 수 있게 하며, 혈액 속에 녹아 몸 전체에 공급된다. 산소는 각종 화학공업·야금(冶金) 등에서 대량으로 사용된다. 암모니아합성, 그밖의 합성화학공업에서의 원료가스 제조에, 특히 철강 관계 노공업(爐工業)에서 사용량이 많다. 그밖에 산수소염(酸水素炎)·산소아세틸렌염 등으로 금속의 용접·절단 등, 액체산소 폭약·흡입·로켓추진제 등의 용도도 많다. 운반용에는 액체산소가 주로 사용되며, 의약용 산소흡입에서는 30%(부피)로 해서 쓰인다.
주기율표 14족에 2주기에 속하는 원소로 원소기호는 C, 원자량은 12.0107g/mol, 승화점은 3642℃, 밀도는 흑연이 2.267g/cm3 , 다이아몬드가 3.515g/cm3 이다. 동소체로 비결정성 탄소, 결정성인 흑연, 다이아몬드가 있다. 수소, 산소 또는 질소 등과 공유결합을 안정적으로 쉽게 형성할 수 있어 생체분자의 기본요소로 사용되며 석탄과 석유의 주성분이다.
공업적으로는 보통 석탄, 석유, 천연가스, 천연 흑연 등을 원료로 각종 제품이 만들어지고 있으며, 목적에 따라 합성 고분자 등도 쓰인다. 다이아몬드는 보석으로 사용되고, 굳기가 큰 것을 이용해서 각종 시추기 등의 선단에 이용된다. 이 용도에는 잠정질(潛晶質)의 볼트나 흑다이아 또는 카르보나드 같이 품질이 낮은 것들이 이용된다. 흑연은 원자로 감속제(減速劑)·전기분해용 전극·도가니·연필·감마제(減摩劑) 등에 사용된다. 비결정성탄소는 각각 모양·성질에 따라 연료나 그 밖의 용도가 있다. 분말인 것은 흡착제로서 중요하며, 미립자의 카본블랙은 안료·인쇄잉크·고무의 충전제 등에 사용된다.
주기율표 1족 1주기에 속하는 비금속원소로 원소기호 H, 원자량 1.00794g/mol, 끓는점 -252.87℃, 녹는점 -259.14℃, 밀도 0.08988g/L 이다. 지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로 무색·무미·무취의 기체다. 주로 수소분자 H2로 이루어진다. 태양을 비롯한 우주에 수소가스 및 원자상태 수소의 존재가 인정된다. 수소는 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지원으로써 중시되고 있다.
암모니아·염산·메탄올 등의 합성에 대량으로 사용된다. 기름을 경화시키기 위한 수소 첨가, 액체연료의 제조, 산소수소불꽃으로 금속의 절단과 용접, 백금·석영(石英) 등의 세공 등에 사용된다. 액체수소는 끓는점이 아주 낮기 때문에 냉각제로 사용되기도 한다. 수소 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아 무공해연료로 각광을 받고 있다. 또 연소열도 커 효율적인 장점이 있다. 그러나 저장과 운반이 매우 어렵고 폭발의 위험이 있어 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
원소주기율표 상에서 2주기 15족에 속하는 비금속 원소로 지구의 대기의 약 78% 정도를 차지하고 있으며 지구 생명체의 구성 성분이다. 원소 기호는 N, 녹는점은 -210℃, 끓는점은 -196℃, 비중은 0.808이며 상온에서 주로 이원자 분자(N2)를 이루고 냄새, 색깔, 맛이 없는 기체상태이다.
대부분의 질소는 질소 화합물의 제조에 쓰이며, 다이너마이트를 비롯한 각종 폭약을 만드는 데 기본적인 원료로 사용된다. 질소와 수소를 1:3의 부피비로 반응시켜 자극적인 냄새가 나는 무색의 암모니아 기체(NH3)를 만들고(N2 + 3H2 → 2NH3)이 암모니아를 이용하여 질산·질소·비료·염료 따위의 질소 화합물을 제조한다. 질소는 산소와 결합하여 아산화질소, 일산화질소, 이산화질소 따위의 산화물을 생성한다. 모든 산화질소는 휘발성이 매우 크며, '웃음 가스'라고도 하는 아산화질소는 마취제로도 쓰인다. 이산화질소는 질산 제조 공정의 중간 물질로서 여러 화학 공정에서 강력한 산화제로 쓰이며 로켓 연료로도 사용된다. 질소 기체는 상온에서 화학적으로 비활성이며 이를 이용하여 식품의 선도를 유지하는데 사용되며 과자봉지의 충전제로 쓰인다. 낮은 온도의 액체 질소(-196℃)는 식품의 냉동·건조에 사용하기에 적합하여 부패하기 쉬운 상품을 수송할 때 냉동제로도 쓰인다. 액화 질소는 산소나 수소 분자에 비해 안정적이므로 시료의 동결 보관에 널리 이용되고 저온 상태의 연구에도 유용하다.
안녕하세요 *^^* 언제나 여러분의 건강한 삶을 위해서 다양한 건강 관련 내용을 Research하여 유익한 건강정보를 전달해드리는 '나누리' 입니다. 꽃피는 봄이 왔네요^^ 2023년의 […]
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