철 Fe

발견의 역사

가장 오래된 철제품은 운석으로 만들었다. 기원전 3000년 이전 이집트 무덤에서 운석 철을 두드려 만든 구슬이 나왔고, 투탕카멘의 무덤에서 나온 단검의 날도 운석에서 온 철로 밝혀졌다.

광석에서 철을 제련하는 일은 구리보다 어렵다. 더 높은 온도가 필요하고 숯과 공기를 세심하게 조절해야 하기 때문이다. 이 기술은 아나톨리아와 근동에서 서서히 발전했고, 기원전 1200년 무렵부터 철기 제작이 널리 퍼지며 여러 지역에서 철기 시대가 시작되었다. 중국에서는 기원전 5세기 무렵 이미 주철을 생산해 유럽보다 훨씬 앞섰다.

1709년 영국의 에이브러햄 다비는 숯 대신 코크스로 철을 제련하기 시작해 산업 혁명의 원동력이 되었다. 1856년 헨리 베서머는 녹은 선철에 공기를 불어넣어 값싸게 강철을 만드는 공정의 특허를 냈고, 강철은 곧 현대 산업의 뼈대가 되었다.

이름의 유래

영어 iron은 고대 영어와 그와 관련된 게르만어에서 왔다. 원소 기호 Fe는 라틴어 ferrum에서 왔으며, ferrous(철의) 같은 말도 여기서 나왔다. 한국어 '철(鐵)'은 한자어이고, 고유어로는 '쇠'라고 한다. '쇠'는 원래 금속 전반을 가리키던 말이기도 해서, 철이 가장 대표적인 금속이었음을 보여 준다.

주요 용도

• 강철: 철에 탄소를 조금, 흔히 크로뮴·니켈·망가니즈를 더한 강철은 질량 기준으로 생산되는 모든 금속의 약 95%를 차지한다. 세계 조강 생산량은 연간 약 20억 톤이다.
• 건설·운송: 구조용 강재, 철근, 레일, 선박, 자동차, 송유관.
• 주철: 엔진 블록, 배관, 무쇠 조리 기구.
• 자석·전기 기기: 연철과 전기 강판은 변압기와 모터의 철심이 된다.
• 화학: 철 촉매는 하버-보슈 암모니아 공정에 쓰이고, 산화 철은 흔한 빨강·노랑·검정 안료다.

동위원소

철의 안정 동위원소는 철-54, 철-56(약 92%), 철-57, 철-58 네 가지다. 철-56은 모든 동위원소 가운데 원자핵이 가장 단단히 묶인 편에 속해, 무거운 별 속의 핵융합은 철 근처에서 멈춘다. 철-57은 뫼스바우어 분광법으로 철을 포함한 광물을 연구하는 데 쓰이며, 화성 탐사에도 쓰였다. 반감기 약 260만 년인 방사성 철-60은 심해 퇴적 지각과 남극 눈에서 발견되어, 지질학적으로 가까운 과거에 근처에서 초신성이 터졌다는 증거가 되었다. 철-59(약 45일)는 의학에서 철 대사를 추적하는 데 쓰인다.

생활 속 원소

성인의 몸에는 철이 약 3~4 g 들어 있으며, 대부분은 적혈구에서 산소를 나르는 헤모글로빈에 있다. 철 결핍은 세계에서 가장 흔한 영양 문제 가운데 하나로 빈혈과 피로를 일으킨다. 고기·콩·렌틸콩·녹색 잎채소가 좋은 공급원이다.

철분 보충제는 어린이가 실수로 삼키면 위험하므로 안전하게 보관해야 한다. 습한 공기에서 생기는 붉은 산화물인 녹은 해마다 막대한 경제적 손실을 낸다.