금 다음으로 귀하게 여겼던 다양한 용도의 금속 - 음(Ag)

[겨울의 꿈]

은은 고대부터 금 다음으로 귀하게 여겨져 온 금속이다. 우리는 흔히 귀금속을 말할 때 금과 은을 합쳐 ‘금은(金銀)’이라 불러왔는데, ‘금은방’이 좋은 예다. 지금은 금과 은에 6가지의 백금족 금속을 합친 것을 귀금속으로 분류하지만, 백금족 금속들은 미대륙 원주민을 제외한 다른 사람에게는 16세기 이후에야 알려졌으니 고대부터 사용된 귀금속은 금과 은 뿐이며, 은은 금 다음의 귀중한 금속으로 여겨져 왔다. 이의 대표적인 예가 은메달로 금메달 다음으로 높은 상을 수여하는 데 사용되고 있다.  은은 보통의 공기와 물에서는 안정하다. 빛을 잘 반사하며, 연성과 전성이 아주 좋아 가는 실과 얇은 박으로 쉽게 만들 수 있다. 순은은 무르지만, 여러 가지 금속과 합금을 만들면 단단해 진다. 이러한 특성들 때문에, 은은 고대부터 화폐, 장식품, 장신구, 거울, 고급 식기 등을 만드는 데 사용되어 왔다. 오늘날에는 은의 약 40%만 전통적인 용도로 사용되고 나머지 약 60%는 산업용으로 사용되는데, 그 용도는 전기·전자, 사진, 화학, 금속, 의료 산업 등 아주 다양하다. 은의 특성과 생산, 그리고 은이 어떤 용도로 어떻게 사용되는지를 알아보기로 하자.

원자번호 47번, 은

은(銀, silver)은 원자번호 47번의 원소로, 원소기호는 Ag이다. 주기율표에서는 구리(Cu), 금(Au) 등과 함께 11족(1B 족)에 속하며, 전이금속의 하나이다. 구리, 은, 금을 통틀어 구리족 원소라 하기도 하고 또 화폐 금속(coinage metal)이라고도 부르는데, 이들은 천연에서 원소 상태로 존재할 수 있어, 수 천년 전의 고대에도 원시 화폐로 사용되었다.

원자 번호 47번, 은.

은의 원소 정보.

은은 연성과 전성이 아주 우수하고 무른 금속인데, 금보다는 약간 더 단단하다. 상온에서 순은은 모든 금속 중에서 전기 전도도가 가장 높고, 열전도도도 가장 높으며, 가장 희게 보이고 빛의 반사율이 가장 크며(일부 가시광선 영역에서는 알루미늄(Al)이 더 크다), 다른 금속과의 접촉 저항도 가장 작다. 은은 공기와 물에서는 안정하나, 오존(O₃), 황(S) 또는 황 화합물(예로 황화수소, H₂S)에 노출되면 검게 된다. 가정에서 사용하는 은제품이 검게 되는 것은 황 화합물과의 반응에 의해 황화은(Ag₂S)이 만들어지기 때문이다. 은은 공기가 없으면 산화력이 없는 산에서는 안정하나, 질산(HNO₃)이나 뜨거운 진한 황산(H₂SO₄)에는 녹는다. 화합물에서 산화상태는 보통 +1인데, 대표적인 화합물로 질산은(AgNO₃)과 염화은(AgCl)을 들 수 있다.

은은 지각에서의 존재비가 약 0.1ppm(1x10^-5%)으로, 비교적 희귀한 원소이다. 은 광석으로 산출되기도 하지만, 보통 다른 금속 광석에 함께 들어있다. 가장 흔한 은 광석은 휘은석(輝銀石, argentite, Ag₂S), 각은광(角銀鑛, cerargyrite 또는 ‘horn silver’, AgCl), 담홍은석(淡紅銀石, proustite, Ag₃AsS₃), 농홍은석(農紅銀石, pyrargyrite, Ag₃SbS₃)이다. 바닷물에는 약 0.01ppm 농도로 녹아있는 것으로 추정된다. 원소상태나 금과의 합금으로도 발견되는데, 은 함량이 20% 이상인 천연 은-금 합금을 엘렉트럼(electrum)이라 하고 우리말로는 호박금(琥珀金)이라 부른다. 은은 상업적으로는 주로 납-아연 광석, 구리 광석, 금 광석에서 이들 금속을 제련할 때 부산물로 얻어지는데, 2011년의 연간 총 생산량은 23,800톤으로 추정되며, 멕시코, 페루, 중국이 주요 생산국이다.

은은 전통적으로는 화폐(은화 및 은 합금 주화) 및 메달, 장신구와 식기, 사진 등에 사용되었으나 오늘날에는 산업적으로 보다 많은 양이 사용되는데, 전자제품이나 회로의 도체와 전기접점, 치아의 충치 충전용 아말감, 전지, 땜납(납이 포함되지 않을 수도 있다), 화학 반응 촉매, 도금, 물의 정제, 베어링의 경화제, 잉크, 거울과 광학기기의 반사판 등 아주 다양한 용도로 사용된다. 또 섬유, 목제, 상처 치료용 붕대 등의 항균처리에도 사용되며, 휴대폰 케이스에서 박테리아 번식을 줄이기 위해 사용되기도 한다.

은 이온과 은 화합물은 박테리아, 바이러스, 조류, 곰팡이 등 일부 생물체에 높은 독성을 나타내는 반면, 인체에는 독성이 거의 없기 때문에 고대부터 항균 및 항생 처리에 사용되어 왔다.

은의 역사와 명칭

기원전 4-5세기 경, 고대 그리스에서 사용되던 은화. <출처: (CC) Carlomorino at Wikipedia.org>

은은 구리나 금처럼 천연에서 원소 상태로도 존재하여, 고대부터 널리 사용되어온 금속이다. 천연 상태의 금속 은은 그 존재량이 금보다 훨씬 적고, 노란색의 구리나 금에 비해 발견되기도 어려워 인류가 은을 본격적으로 사용하기 시작한 것은 은 광석에서 은을 얻는 방법을 터득한 이후로 여겨진다. 고고학적 자료에 따르면, 은을 처음으로 분리·생산한 것은 초기 청동기 시대인 기원전 3000년경에 소아시아 지역에서 납 광석으로부터 화취법(cupellation process)을 사용하여 이루어졌으며, 이후 점차 다른 지역으로 전파된 것으로 여겨진다. 은화는 기원전 6세기에 리디아 왕국에서 처음 제조되어 그리스와 로마로 이어졌다. 로마 시대에는 연간 약 200톤의 은이 생산되었는데, 이는 고대부터 신대륙 발견 이전까지의 전 기간 중에서 가장 많은 양의 은이 생산된 기간으로 여겨진다. 2세기 무렵에는 약 1만 톤의 은이 유통되어 로마 화폐의 안정성에 기여한 것으로 파악된다.

의학의 시조로 일컬어지는 히포크라테스(Hippocrates, 기원전 460~370경)는 은이 질병을 치료하고 예방하는 성질을 가지고 있음을 기록하였고, 페니키아인들은 물, 포도주, 식초를 은제 용기에 보관하여 부패되는 것을 막았다. 이러한 성질은 중세에 다시 재발견되어 음식과 물을 부패되지 않도록 저장하고, 화상이나 상처를 처치하는 데 은이 사용되었다. 1920년대에 미국식품의약국(FDA)은 항균제로 은 용액을 사용하는 것을 허가하였다.

은은 화폐, 장신구, 고급 식기 등으로 주로 사용되고 산업용 재료로는 거의 사용되지 않다가 세계 제2차 대전 중에 구리의 공급이 부족하게 되자 구리 대용품으로 다량의 은을 사용하게 되었다. 예로, 항공기 제작에 필요한 알루미늄 생산에서 전기를 공급하는 모선(母線)으로 요긴하게 사용되었으며, 맨해튼(Manhattan) 계획에서 우라늄 농축에 사용한 전자석에는 무려 13,540톤의 은이 사용되었다. 또한 항공기 베어링을 제조하는 데, 땜납에서 주석을 대체하는 데, 탐조등 등의 반사판을 만드는 데도 사용되었다.

은의 영어 이름 ‘silver’는 앵글로-색슨어 ‘seolfor’에서 유래되었다. 그리고 원소기호 Ag는 은을 뜻하는 라틴어 ‘argentum’에서 나왔는데, 이 말은 그리스어로 ‘빛나는’ 또는 ‘흰색’을 의미하는 ‘argos’에서 유래되었다. 은은 중세 연금술에서도 취급되었는데, 연금술사들은 은을 달이나 달의 여신들과 결부시켜 ‘luna’로 부르고 초승달로 나타내었다.

고순도의 은 결정체. <출처: (CC)Alchenist-hp at Wikipedia.org>

물리적 성질

은은 흰색 광택이 나는 무른 금속으로 연성과 전성이 아주 우수하다. 그러나 금보다는 더 단단하고, 연성과 전성이 약간 작다. 실온에서 순수한 은은 모든 금속 중에서 전기 전도도가 가장 높은데, 이는 금의 약 1.5배, 구리의 1.05배이다. 은은 또한 금속 중에서 열전도도가 가장 높은데, 비금속까지를 포함하면 다이아몬드와 초유동체인 He-II 다음으로 열전도도가 높다. 은은 또한 가시광선의 반사율이 80% 이상으로 매우 높은데, 파장이 500nm 이하인 가시광선은 알루미늄이 보다 잘 반사하고, 600nm 이상의 빛은 금이 보다 잘 반사한다. 반면에, 은은 자외선은 잘 반사하지 않는다. 녹는점은 961.78^oC이고 끓는점은 2162^oC로 구리와 금보다는 낮다. 실온에서 밀도는 10.49g/cm³으로 금 밀도의 약 54%이며, 구리 밀도보다는 약 17% 높다. 결정은 면심입방구조(fcc)를 하며, 반자기성을 갖는다.

동위원소
천연 상태에서 은은 ¹⁰⁷Ag(51.84%)와 ¹⁰⁹Ag(48.16%)의 2가지 안정한 동위원소로 존재한다. 질량수가 94에서 124에 이르는 여러 방사성 동위원소들이 확인되었는데, 반감기가 긴 것들은 ¹⁰⁵Ag(반감기, 41.29일), ¹¹¹Ag(반감기, 7.45일), ¹¹²Ag(반감기, 3.13시간)이다. ¹⁰⁷Ag 보다 가벼운 동위원소들은 주로 전자포획을 하고 원자번호가 하나 작은 팔라듐(Pd) 동위원소가 되며, 보다 무거운 동위원소들은 주로 β^- 붕괴를 하고 카드뮴(Cd) 동위원소가 된다. ¹⁰⁷Ag는 반감기가 650만년인 ¹⁰⁷Pd의 β^- 붕괴로 생성되기도 하는데, ¹⁰⁷Pd-¹⁰⁷Ag의 상관관계는 초기 태양계 연구에 이용된다. 또한 반감기가 비교적 긴 여러 준안정한 핵들이 존재하는데, 이들은 ^108mAg(반감기, 418년), ^110mAg(반감기, 249.8일), ^107mAg(반감기, 8.28일)이다. 이중 ^108mAg은 대부분이 전자 포획을 해서 ¹⁰⁸Pd가 되고, 나머지인 약 9%는 109.44keV의 감마선을 내어놓고 ¹⁰⁸Ag로 내부 전환되는데 ¹⁰⁸Ag의 반감기는 2.37분이다. ^110mAg의 에너지는 117.6keV인데 주로 β^- 붕괴를 하고 ¹¹⁰Cd가 되며, ^107mAg은 에너지가 93.125keV로 내부 전환을 통해 ¹⁰⁷Ag가 된다. 은의 방사성 동위원소들이 상업적으로 이용된 예는 아직 없다.

화학적 성질 은은 화학 반응성이 아주 적은 비활성 금속(noble metal)의 하나이다. 보통 조건에서는 공기중의 산소와 반응하지 않는다. 그러나 오존(O3)과는 반응하여 산화은(Ag2O)을 만들고, 황(S) 또는 황 화합물(예로 황화수소, H2S)과는 쉽게 반응하여 황화은(Ag2S)을 만든다. 은화나 은제품이 오래 두면 검게 되는 것은 황화은(Ag2S)이 만들어지기 때문이다. 4 Ag + O2 + 2 H2S → 2 Ag2S + 2 H2O 은은 물과 잘 반응하지 않고, 공기가 없을 경우 산화력이 없는 산이나 알칼리에는 녹지 않는다. 그러나 질산(HNO3)이나 뜨거운 진한 황산(H2SO4)에는 녹는다. 질산과의 반응은 질산 농도에 따라 약간 차이가 나는데, 주된 반응은 다음과 같다.

은의 바닥 상태 전자 배치. <출처: (CC)Pumbaa at Wikipedia.org>

묽은 질산: 4 Ag + 6 HNO₃ → 4 AgNO₃ + 3H₂O + NO + NO₂
진한 질산: Ag + 2 HNO₃ → AgNO₃ + H₂O + NO₂

화합물에서 가장 흔한 산화 상태는 +1이며, 염화은(AgCl)과 질산은(AgNO₃)이 대표적인 화합물이다. 산화상태가 +2와 +3인 화합물들도 알려져 있는데, 이들의 예로는 각각 이플루오르화은(AgF₂)과 과황산은(Ag₂(SO₅)₃)이 있다. AgCl를 비롯한 은 할로겐화물(AgX: X = Cl, Br, I)들은 물에 잘 녹지 않으며, 빛에 아주 민감하여 사진 산업에서 광감제로 사용된다. 은 전극이나 염화은이 입혀진 은 전극이 전기화학에서 요긴하게 사용되는데, 이들의 반쪽전지 반응과 표준 전위(E^o)는 다음과 같다.

Ag⁺ + e^- = Ag                 E^o = 0.7992 V
AgCl + e^- = Ag + Cl^-        E^o = 0.2224 V

특히, 염화은이 입혀진 은 전극(AgCl/Ag 전극)은 pH(산성도)를 측정하거나 전위차 적정을 할 때 등, 전기화학에서 기준 전극으로 널리 사용된다.

은의 생산

은 광석. 은은 초기에는 은 광석으로부터 얻었으나, 은 광석은 오래 전에 거의 고갈되었기 때문에 이제는 은을 비철 금속 생산의 부산물로부터 얻는다.

은을 원소상태나 합금 형태로 천연에서 산출하는 경우는 거의 없다. 초기에는 은 광석에서 은을 분리·회수하였으나, 은 광석이 이미 오래 전에 거의 고갈되었기 때문에 이제는 은을 주로 비철 금속(구리, 니켈, 아연, 납 등) 생산의 부산물로 얻는다. 이들 비금속(卑金屬) 광석에는 보통 소량의 은이 들어있는데, 주된 금속을 생산하고 남은 찌꺼기를 화학 처리하여 은을 녹여낸 다음, 이 용액을 전기분해시켜 은을 회수한다. 예로, 구리의 전기제련에서 생기는 양극 전물(anodic slime)을 공기를 불어넣은 뜨거운 묽은 황산으로 처리한 다음 석회(CaO)나 실리카(SiO2) 용제와 가열시키면 비금속(卑金屬)은 녹고, 은은 녹지 않고 남는다. 남아있는 은을 질산으로 녹이고 전기분해하면 거의 순수한 은을 회수할 수 있다. 미국지질조사국 자료에 따르면, 2011년 전세계 은 생산량은 23,800톤으로 추정되는데, 멕시코(4500톤, 18.9%), 페루 4000톤(16.8%), 중국(4000톤, 16.8%), 호주(1900톤, 8.0%) 등이 주된 생산국이다. 사용된 은의 상당량은 회수·재생되어 다시 사용된다.

2012년 7월 6일 현재의 은 국제시세는 1 트로이온스(31.10g)당 미화 27.05$로, 금의 시세인 1583$의 2%에도 미치지 못하나 구리(3.52$/lb)에 비해서는 100배 이상 비싸다. 1980년에는 한때 투기 세력이 개입하여 온스당 49.45$(물가 상승률을 감안한다면 현 시세로 150$에 해당)까지 치솟기도 하였다. 15세기 유럽에서는 현 시세로 환산하여 온스당 1200$에 이를 정도로 은이 비싸기도 하였는데, 이후 미대륙에서 다량의 은광이 발견되면서 가격이 크게 하락하였다.

은의 용도

은은 전통적으로는 화폐, 장신구, 고급 식기, 사진 등에 쓰였으나, 오늘날에는 은의 약 40%만 전통적인 용도로 사용되고 나머지 60%는 산업용으로 사용된다.

화폐
은화는 기원전 6세기에 리디아 왕국에서 천연 금/은 합금인 엘렉트럼으로 처음 제조된 이후 순은으로 만든 화폐가 많이 사용되었다. 이제는 은화를 통화로 제작하여 유통시키는 나라는 거의 없으나, 기념 주화용으로 가끔 제작된다. 우리말에서는 가끔 금과 ‘돈’을 같은 뜻(예로, 금 일봉, 일금 10만원)으로 사용하나, 다른 여러 언어에서는 은과 ‘돈’이 같은 뜻으로 사용되기도 한다.

은 합금
은은 무르기 때문에 다른 금속과의 합금으로 단단하게 만들어 여러 용도로 사용된다. 은 합금이 가장 많이 사용되는 분야는 장신구와 은 식기(silverware)이다. 은 장신구와 은 식기는 전통적으로 표준 은(Sterling silver)으로 제조되었는데, 표준 은은 92.5% 은과 7.5% 구리로 이루어진 합금이다. 영국 파운드화(￡)의 가치는 원래 표준 은 1 트로이 온스(31.10 g)의 값을 기준으로 삼았다. 미국에서는 은 함량이 90% 이상인 제품만 ‘은(silver)’이라 표기할 수 있다고 한다. 우리 나라에서는 은수저를 많이 사용하는데, 은수저의 은 함량은 99%, 80%, 70% 등 여러 가지이다.

99.9% 은으로 제작된 1달러 짜리 미국 공식 지금형 주화.

우리 나라에서는 은수저를 많이 사용한다. <출처: 신라명품>

은은 금과의 합금을 만드는 데 많이 사용한다. 예로, 14K 금은 금 58.3%에 보통 은 41.5%를 섞어 만든 합금이다. 여기서 캐럿(carat: K)은 금 제품의 금 함량을 나타내는 용어로, 순금을 24K로 하고, 합금에 들어있는 순금의 무게 비로 캐럿(K)을 정한다. 즉, 금 함량이 58.3%이면 24K x 0.583 = 14K이다. 은은 또한 장신구에 사용되는 유색금(예로 황색금, 백색금, 녹색금)의 합금 재료로도 사용된다.

은은 수은(Hg), 주석(Sn) 등의 금속들과 실온에서 합금을 잘 만든다. 은 아말감(수은과의 합금)은 은과 다른 금속 분말을 수은과 혼합하여 얻는데 몇 분 안에 단단해 진다. 치과에서 쓰는 아말감(Hg/Ag₃Sn)은 1826년부터 충치 충진에 사용되고 있는데, 비록 수은 자체는 유해한 물질이지만 아말감은 인체 유해성이 없는 것으로 알려져 있다.

납땜용으로 제작된 은 합금 도선. 은은 전기전도도가 매우 좋아 전자 제품에서 전도체로 많이 사용된다.  <출처: (CC)Kevin Hadley at Wikipedia.org>

은과 은 합금은 또한 여러 고급 관악기를 제작하는 데 사용되는데, 플루트는 보통 은 합금으로 만들거나 은 도금을 한다. <출처: gettyimages>

은 합금은 땜납으로도 광범위하게 사용되며, 또한 베어링에 얇게 입혀 마찰 면이 마모되거나 떨어져 나가는 것을 줄이는 데도 사용된다. 한편, 은은 중성자를 잘 흡수하기 때문에 가압중수형 원자로에서 핵분열 연쇄 반응의 제어봉에 쓰이는데, 이 목적으로는 보통 80% 은(Ag)-15% 인듐(In)-5% 카드뮴(Cd) 합금이 사용된다. 은과 은 합금은 또한 여러 고급 관악기를 제작하는 데 사용되는데, 플루트는 보통 은 합금으로 만들거나 은 도금을 한다.

사진

장신구와 은식기 다음으로 중요한 은의 전통적 용도는 사진이었다. 사진 필름에는 반경이 약 1μm 크기인 할로겐화 은의 미세 입자를 젤라틴에 섞은 분산액이 발라져 있는데, 필름이 빛을 받으면 할로겐화 은이 은으로 환원되면서 4-6개의 은 원자들이 뭉쳐진 것이 생성된다. 이 필름을 티오황산 소듐 용액으로 처리하면 빛에 노출되지 않은 부분, 즉 할로겐화 은은 티오황산 은 착물로 씻겨나가고 노출된 부분만 검은색의 은 알갱이로 남게 됨으로써 노출된 상이 나타나게 된다. AgX + 2 Na2S2O3 → Na3[Ag(S2O3)2] + NaX 1998년의 경우 소비된 은의 약 31%가 사진에 사용되었는데, 디지털 사진술의 등장으로 2010년에는 단지 약 7%만이 이 용도로 사용되었다.

은 할로겐 화합물은 감광작용이 있어 사진에 많이 이용되었으나, 최근에는 디지털 사진술의 등장으로 이에 대한 용도가 크게 줄어들었다. <출처: gettyimages>

전자공업
은은 전기전도도가 아주 좋고, 표면이 검게 되어도 높은 전기전도도를 그대로 유지하므로 인쇄 회로 기판, 커패시터 등 전자 부품의 도전체로 널리 사용된다. 이에 사용되는 은 도선 및 전극은 보통 은 분말이 들어간 페인트를 사용하여 높은 온도로 처리하여 만든다. 은은 또한 접촉 저항이 낮아 컴퓨터 키보드의 전기 접촉으로도 사용된다. 구리나 알루미늄에 비해 가격이 월등하게 비싸 전선용으로는 거의 사용되지 않으나, 고급 오디오 제품에는 음질을 높이기 위해 은을 전선 재료로 사용하기도 한다. 은은 건전지 재료로도 사용되는데, 산화은 전지는 무게당 에너지 밀도가 높고 장시간 사용이 가능하여 보청기와 시계 등에 흔히 사용되며, 은-아연, 은-카드뮴 특수 전지에도 은이 사용된다.

화학공업 촉매
은은 산화 촉매로도 사용된다. 예로, 메탄올(CH₃OH)과 공기 중의 산소를 반응시켜 폼알데하이드(HCHO)를 생산하는 반응의 촉매로 99.95% 이상의 순도를 갖는 은 망이나 결정이 사용된다. 또한 에틸렌을 산화에틸렌으로 산화시키는 반응에서도 은이 촉매로 사용되는데, 산화에틸렌은 에틸렌 글리콜을 거쳐 폴리에스테르를 만드는 원료가 되는 요긴한 물질이다.

거울 및 반사판

은거울 반응은 Ag(NH3)2+의 알칼리 용액을 유리 용기에 담고 알데하이드와 같은 환원제로 환원시키면 은이 유리 표면에 입혀지는 반응(왼쪽 시험관)을 일컫는다.

은은 가시광선을 잘 반사하기 때문에, 유리 표면에 입혀 거울을 만드는 데 사용된다. 특히 아주 얇은 은층(보통 10~15nm 두께)을 입힌 유리는 복층 적외선 반사용 단열 유리로 사용될 수 있다. 그러나 은보다 값이 싸면서 검게 변하지 않는 알루미늄이 보다 선호된다. Ag+ 이온의 암모니아 착물(Ag(NH3)2+)은 은거울 반응(silver mirror reaction)에 이용된다. 은거울 반응은 Ag(NH3)2+의 알칼리 용액을 유리 용기에 담고 알데하이드와 같은 환원제로 환원시키면 은이 유리 표면에 입혀지는 반응을 일컫는데, 이 반응은 카르보닐 화합물(-CO- 기를 갖는 화합물)이 케톤인지 알데하이드인지를 구분하는 데 사용되었다. 또한 유리 기구에 은 거울을 입혀 유리 크리스마스 장식 등을 만드는 데도 이 반응이 사용된다. 2 Ag(NH3)2+ + RCHO + 3OH- → 2 Ag + RCOO- + 4 NH3 + 2 H2O

의학적 이용과 항균 처리

은 이온과 은 화합물은 박테리아, 바이러스, 조류, 곰팡이 등의 일부 생물체에 독성을 나타내나, 인체에는 독성이 거의 없다. 이러한 은의 항균 및 항생 작용은 고대부터 물을 살균하고 음식물을 보존하는 데 사용되어 왔으며, 20세기 초반에는 우유에 은화를 넣어 우유를 신선하게 보존하기도 하였다. 은 화합물 겔을 바른 붕대는 범용 항생 붕대로 널리 사용된다. 또한 항생제가 개발되기 전에는 질산은 용액을 화상 처치에 널리 사용하였는데, 이제는 대부분 설파다이아진 은(silver sulfadiazine, SSD) 크림으로 대체되었다. 은 나노입자는 생물공학, 섬유 공학, 물 처리, 기타 여러 소비재에서 항균 및 항생제로 널리 사용되고 있다. 특히 냄새를 없애고, 박테리아나 곰팡이에 의한 감염을 줄이기 위해 은 나노 입자가 들어간 천으로 옷이나 신발을 만들기도 한다. 그러나 은 나노 입자의 사용은 하수 처리에서 유익한 역할을 하는 미생물까지도 죽이는 부작용을 낳기도 하며, 장기간 사용은 인체에 은피증(銀皮症, argyria: 은이 침착되어 피부 등이 청회색 또는 회색을 띠는 색소 이상증)을 유발하기도 한다. 신체 내로 삽입되는 기구(카테터, catheter)에도 은이 사용되는데, 은 합금으로 제작된 도뇨관은 요도 감염과 세균뇨를 줄이는 데 효과적임이 관찰되었다. 은 합금으로 제작된 기구는 가격이 비싸기 때문에 일반 기구에 질산은을 처리하여 비슷한 효과를 가져오기도 한다.

은 성분을 바른 반창고의 예. 은 이온과 은 화합물은 박테리아, 바이러스, 조류, 곰팡이 등의 일부 생물체에 독성을 나타내나, 인체에는 독성이 거의 없다. <출처: Curad>

은의 항균 및 항생 작용을 장신구와 생활 용품에 활용하고, 은 화합물을 항생 의약품으로 개발하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

은 화합물

인공 강우 유도를 위해 요오드화은 생성기를 장착한 비행기. 요오드화은(Agl)은 인공 강우에서 구름 씨앗을 만드는데 사용된다.<출처: (CC)Christian Jansky at Wikipedia.org>

대부분의 은 화합물들은 은을 질산에 녹여 얻은 질산은(AgNO3)에서 만들어진다. 질산은은 무색 투명한 고체로, 은 할로겐 화합물에 비해 감도가 떨어지나 감광성 물질이다. 질산은은 다른 은 화합물을 합성하는 출발물질로 사용하는 것 외에도, 유기화학에서 산화제로 이용되기도 하며, 생체 조직을 염색하는 데, 그리고 주사 전자 현미경에서 상을 얻기 위한 염색을 하는 데 사용된다. 질산은 용액에 알칼리를 가하면 검은색의 산화은(Ag2O)이 침전으로 얻어진다. 산화은은 산화은 전지의 양극 물질로 사용된다. Ag2O는 160oC 이상에서는 은과 산소로 분해된다. Ag2O 또는 +1가 상태의 은 화합물에 강한 산화제인 S2O82-를 반응시키면 실험식이 AgO인 검은색 물질이 얻어지는데, 이는 +2가 상태의 은 산화물이 아니고 +1가와 +3가 상태의 혼합산화물 (AgIAgIIIO2)임이 반자기성과 X-선 회절 실험에서 밝혀졌다.

은은 산화 상태가 +1인 AgX 형의 할로겐화물을 만든다. 다만 플루오린의 경우는 AgF₂와 Ag₂F도 알려져 있다. AgF₂는 은을 플루오린 기체(F₂)와 반응시켜 얻는데, 열적으로 안정하고(녹는점 690^oC), 강한 플루오르화제로 탄화수소에 F를 도입하는 데 사용된다. AgF는 Ag₂O를 HF에 녹이면 얻어지고, 다른 AgX들은 질산은을 비롯한 +1 상태의 은 화합물 용액에 X^-를 가해서 얻는다. 이들은 감광성 물질로 사진 필름과 인화지에 사용된다. AgF를 제외한 AgX 화합물들은 모두 물에 잘 녹지 않는데, 용해도는 AgCl(Ksp = 1.8x10^-10)>AgBr(Ksp = 5.2x10^-13)> AgI(Ksp = 8.3x10^-17) 순서이다. 여기서 Ksp =[Ag⁺][X^-]로 표현되는 용해도곱 상수이다. AgCl은 전극 재료, 유리의 투명성 접합제 등으로 사용되며, AgI는 인공 강우에서 구름 씨앗을 만드는 데 사용된다.

뇌산은(雷酸銀, silver fulminate, AgCNO)은 은을 에탄올, 진한 질산과 반응시키면 만들어지는 화합물로, 충격, 열, 전기에 아주 민감한 접촉성 폭발물질이다. 깃털 한 개, 물방울 한 개가 떨어져도 폭발할 정도로 폭발성이 크다. 이외에도 아지드화 은(AgN₃)과 은 아세틸리드(AgC≡CH)가 폭발성이 큰 은 화합물들이다.

은의 생물학적 역할과 독성

인체에서 은의 생물학적 역할은 아직 알려진 것이 없다. 건강상의 영향은 아직 확실하지 않으나, 은 자체는 거의 인체 독성이 없는 것으로 여겨진다. 은 이온과 은 화합물은 여러 미생물에게 독성을 나타낸다. 은이 어떻게 항균 및 항생 작용을 나타내는가는 아직도 잘 규명되지 않았으나, Ag⁺가 미생물의 황, 질소, 산소를 가진 분자와 강한 결합을 하기 때문으로 짐작된다.

가장 잘 알려진 은의 인체 영향은 은피증인데, 이는 은 나노 입자 등이 혈액 순환계에 흡수되고, 여러 생체 조직에 침착되어 피부, 눈, 점막에 영구적인 청회색 색소 이상이 나타나는 증상이다. 그러나 이 증상은 건강상의 문제를 일으키지는 않는다.

1. 수치로 보는 은
   은의 표준원자량은 107.8682g/mol이다. 원자의 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s¹([Kr]4d¹⁰5s¹)이며, 화합물에서의 주된 산화수는 +1이다. 지각에서 존재비는 약 0.1ppm(1x10^-5%)이고, 바닷물에는 약 0.01ppm 농도로 들어있다. 녹는점은 961.78^oC 이고, 끓는점은 2162^oC이다. 녹음열과 증발열은 각각 11.28kJ/mol과 250.58kJ/mol이다. 실온에서 밀도는 10.49g/cm³이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 731.0, 2070, 3361kJ/mol이다. 폴링의 전기음성도는 1.93이고, 전자 친화도는 125.6kJ/mol이다. 20^oC에서 전기비저항은 15.87nΩ∙m(비교: Cu, 16.78nΩ∙m; Au, 23.5nΩ∙m)이고, 열전도율은 429W∙m^-1∙K^-1 (비교: Cu, 401W∙m^-1∙K^-1; Au, 318W∙m^-1∙K^-1)이다. 자연 상태의 동위원소는 ¹⁰⁷Ag(51.8%)와 ¹⁰⁹Ag(48.2%)이다. 2011년 연간 생산량은 23,800톤(비교: 금, 2008년 2260톤)이고, 멕시코(4500톤), 페루(4000톤), 중국(4000톤)이 주요 생산국이다.

2. 화취법(cupellation process)
   납 등 비금속(卑金屬)과 금이나 은의 귀금속(貴金屬) 합금을 산화성 조건에서 고온으로 용해시켜 비금속을 산화물 슬래그로 제거함으로써 금, 은을 분리·회수하는 야금 방법. 산화성 조건에서 비금속은 산화되나 귀금속은 산화되지 않는 성질을 이용하는 방법이다. 초기 청동기 시대 이후 납 광석에서 이에 포함된 은을 분리·회수하는 방법으로 사용되어 왔다. 우리나라에서는 15세기에 함경도 단천에서 납 광석에서 은을 얻는 데 화취법이 처음 사용되었다.

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

출처:네이버캐스트