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최근 수정 시각 : 2024-11-30 04:47:19

주석(원소)

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50Sn*
주석
朱錫  | 
Tin
분류 전이후 금속 상태 고체
원자량 118.710 밀도 7.365 g/cm3
녹는점 231.93 °C 끓는점 2602 °C
용융열 7.03 kJ/mol 증발열 296.1 kJ/mol
원자가 4 이온화에너지 708.6, 1411.8, 2943.0 kJ/mol
전기음성도 1.96 전자친화도 107.3 kJ/mol
발견 ? (3500 BCE)
CAS 등록번호 7440-31-5
이전 원소 인듐(In) 다음 원소 안티모니(Sb)
*라틴어 'Stannum에서 유래. stannum이라는 말은 산스크리트어 stan(단단함)에서 유래했다고 한다.



1. 개요2. 상세3. 주석 페스트4. 기타

파일:attachment/Sn-usage.jpg

1. 개요

탄소족 원소의 하나. 은백색의 고체 금속으로 연성 전성이 크며 녹이 슬지 않는다.[1] 희소성와 반대로 모든 원소 중 동위원소가 가장 많으며 동소체로는 α형(회색 주석, 다이아몬드형 구조)과 β형(백색 주석, 정방 결정계 구조)이 있다.

2. 상세

고대에 알려진 금속 치고는 상당히 귀한 금속이고 산출도 매우 한정적인 금속이다. 주석의 지각 함유량 순위는 약 50위 정도로 구리의 1/50 정도에 불과할 정도이고 우라늄과 비슷한 귀한 금속이다. 경제성 있는 주석 산지가 전 세계적으로 매우 한정되어 있고 생산량도 많지 않아 금 같은 귀금속을 제외하고 많이 쓰이는 금속 중에서 상당히 비싼 금속이다. 구리 가격의 3배, 아연 가격의 10배에 가깝다. 가격이 비싸서 준귀금속 취급 받는 니켈보다도 1.5배 정도로 비싸다. 그러니 주석도 준귀금속이라 할 만하다. 탐사와 채굴, 운송 기술이 고대와는 비교할 수 없을 만큼 발달된 현대에도 주석이 이렇게 구하기 어렵고 비싸니 옛날 청동기 시대에 주석과 구리 합금 청동[2]은 정말 비싼 귀중품일 수밖에 없었다. 그래서 청동기는 일상적 도구나 무기로 널리 쓰이지 못하고 장식용으로 주로 쓰였다. 주석을 국제 교역 네트워크로 구할 수 있는 국가들만이 청동 갑옷과 무기를 사용하는 정예 부대를 굴렸고 히타이트, 이집트, 아시리아, 중국 등 대국들이 세워졌다.

현재는 중국, 인도네시아, 브라질, 말레이시아 등이 주요 산지이다. 20세기 전반에는 말레이시아가 세계 주석 생산의 압도적 비율을 차지해 교과서에 말레이시아 = 주석과 고무의 주요산지로 가르쳤지만 20세기 후반들어 중국과 인도네시아, 브라질 등이 주석 생산을 크게 늘리고 말레이시아의 채굴 비용이 상승해 말레이시아는 이젠 세계 주석 생산 10위 권 밖이다. 수출품 중 주석이 차지하는 비중도 미미해졌다.

인체에 무해하고 녹는점이 231도에 불과하며 조형성이 뛰어나 주조 미니어처의 재료로서 많이 이용된다.[3] 거기다 산화에도 강하기에 금상첨화. 다만 순수한 주석만으로는 무른감이 있으며, 금속임에도 단지 손에서 떨어트리는 정도로도 쉽게 뭉개진다. 조심하자. 또한 금속치고 가격이 높은 편이다.

부드러운 은백색의 금속으로, 아주 오랜 옛날인 기원전 3000년 이전부터 이용된 금속 원소 중 하나이다. 주석이 없이는 청동기 시대도 없었을 정도로 인류 역사에서 빼놓을 수 없는 금속이다. 청동기 시대의 극초창기에 출토된 청동기 유물은 주석이나 비소 함량이 2% 내외여서 사실상 그냥 구리나 다름이 없었지만, 이후에 출토된 유물은 주석 첨가량이 점차 증가하는 추세를 보이면서 본격적으로 청동이라 불릴 만한 재료로 탈바꿈한다.[4]

주석 함량이 12%인 청동은 인장 강도와 강성 등의 기계적인 특성이 구리에 비해 우월하면서도 주조가 쉬웠기에 무기나 장신구와 같은 복잡한 형태의 물건을 만드는 데 적합했고, 폭넓게 보급되어 청동기 시대라는 문명을 불러올 정도로 인류에게 빼놓을 수 없는 것이었다. 고대 유럽-지중해[5]와 중동-아시아간 교역로[6] 역시 주석 산지와 청동 산지를 이으면서 시작되었을 정도로 중요한 자원으로 취급되었다. 특히 청동기 시대에는 구리는 비교적 널리 분포해 쉽게 구할 수 있는 편이었지만 주석은 산지가 한정되어 있어 국제적으로 거래되는 귀중한 자원이었다. 예를 들어 지중해의 중요 동광은 키프로스나 시실리아 등이어서 중동지방 주변에서 많이 거래되었지만 주석은 멀고먼 중앙아시아에서 산 넘고 물 건너 수입해야 하는 중요한 국제적인 교역 품목이었으며, 한반도 역시 주석이 거의 산출되지 않기 때문에, 한국의 청동기 시대는 구리는 국내 광산에서 채광하더라도 주석은 외부에서 수입할 수밖에 없는 상황이었다. 한반도 주변에서는 중국 북쪽 내몽골 지역과 양쯔강 이남 지역에 주석 광산이 발달해 있어 고대 한국사 국가들은 이런 곳에서 주석을 수입해 청동을 만들어 사용했을 것으로 추정되고 있다.

즉 주석은 말하자면 청동기 시대의 석유. 중동의 청동기 시대의 붕괴의 이유를 이 주석의 국제 교역 네트워크의 붕괴[7]로 보는 주장도 있다. 주석이 이렇게 귀하고 비싸니 주석을 섞어 만든 청동기도 당연히 귀중품일 수밖에 없다. 그래서 청동기 시대에도 청동은 일상용품이나 무기, 농기구로 널리 쓰이지 못하고 주로 장신구나 제기(祭器), 방울, 거울, 장식용 검 등 귀중품으로 주로 쓰였다. 비파형 동검이 나오기는 하지만 너무 잘 깨져 실제 전투에 사용하기에는 어렵다. 금속제 무기나 농기구는 철기시대가 되어서야 보편화 된다.

다만 그 주석을 조달할 수 없는 지역에서는 구리만으로 문명을 일으킨 경우도 많은데, 고대 이집트, 메소포타미아 문명권에서는 주석을 쓰지 않고 순수 구리로만 금속기를 만드는 동기 시대가 있었으며, 기간이 1000~1500년 이상으로 꽤 길었다. 이집트는 제2 중간기(기원전 18~16세기/제13~17왕조) 시대에 힉소스인들이 청동기 병기와 전차를 끌고 침공해올 때까지 주석을 대규모로 구할 길이 없어 구리로 제작한 도구들이 더 널리 쓰였으며, 메소포타미아에서도 고대 영국 지역까지 이어지는 주석 교역로가 개척될 때까지 천 년 넘게 구리로만 도구를 만들고 있었다. 심지어 짐바브웨처럼 구리도 주석도 없어 그냥 철기 시대로 건너뛴 문명도 심심치않게 발견되고 있다.

중세시대에는 청동의 수요는 상대적으로 줄어들었지만 백랍(白鑞, Pewter) 식기를 반드는 데 꼭 필요한 재료였으므로 여전히 중요하게 취급되었다.[8] 이는 주석과 합금으로 주석의 함량은 80~90% 정도이며, 납, 안티모니, 구리, 비스무트와 합금한다. 비교적 낮은 온도에서 잘 녹아 가공하기 쉬우므로 정교한 장식품이나 술잔, 주전자 등 다양한 용도로 쓰였다.

주방 도구로 구리를 사용할 경우에는 음식과 닿는 부분을 반드시 주석으로 코팅해서 사용했다. 구리는 녹이 슬면 녹청이라는 청록색 녹이 생기는데 인체에 유해한 물질이기 때문이다. 따라서 동제 식기를 사용하면 위험한 구리 중독을 유발할 수 있다. 실제로 코팅이 잘 되지 않은 청동기를 사용한 고대 로마와 고대 중국의 귀족들이 이 구리 중독에 시달린 것으로 알려져 있다. 잘 녹슬지 않는 주석은 산, 염기에 반응하지 않기 때문에 안정적이고 인체에 무해하며, 구리가 토마토, 식초 같은 산성 음식과 반응해 녹이 스는 것을 막아주었고, 구리의 뛰어난 전열성은 그대로 사용할 수 있게 되었기 때문이다. 현대의 구리 냄비나 주전자 같은 구리 식기들은 다른 소재의 코팅을 사용하기도 하지만[9] 전통적으로는 주석을 사용했다. 주석은 녹는점도 낮기 때문에 그냥 불 위에다 동제 주방 도구를 올려놓고 어느정도 뜨거워지면 땜장이가 손에 장갑을 끼고 주석 덩어리를 쥔 다음 동기 위를 문질러 주석을 녹이고, 그 위를 양모나 솜으로 문질러 코팅을 고르게 하는 방식으로 코팅을 했다. 일반 주방용 가스렌지로도 순식간에 주석이 녹기 때문에 이런게 가능하며 기술만 있으면 집에서도 할 수 있다. 물론 주석 코팅이 된 동기에 아무것도 올려놓지 않고 프라이팬 달군답시고 있으면 코팅된 주석이 그대로 녹아버리기 때문에 주의해야 한다.

그 밖에도 주석은 전술한 청동, 백랍같이 여러 종류의 금속들과 합금을 만들거나 도금 등 금속의 보강에 이용된다.

예를 들어 양철(洋鐵)[10]은 철에 주석을 도금한 금속 재료로 통조림이나 미니카나 얇은 금속판으로 만든 모형 장난감이나 식수병등에 쓰인다. 지금은 가격이 싸고 부식에 강한 용융 아연 도금 철판(Galvalized Steel, 함석판)이 대체하고 있다.

과거에는 주석을 도금한 양철 지붕(Tin Roof) 등 건축 재료에 쓰였지만 현대에는 전부 아연 도강판이나 알루미늄 금속판으로 대체되었다. 하지만 여전히 습관적으로 아연도 금속 지붕을 양철 지붕으로 부르는 경우가 많다. 테네시 윌리엄스작의 뜨거운 양철 지붕 위의 고양이나 양철북(Tin Drum) 같은 고전 영화도 있다.

철판에 주석을 도금한 양철은 금속 통조림을 만드는 데 쓰인다. 통이 녹스는 걸 방지하기 위해 철판에 주석도금을 한 양철판을 쓰기 때문에 통조림을 영어로 tin can 이라고 부른다. 주석으로 만든 통은 아니다. 주석을 도금하는 이유는 비교적 녹는 온도가 낮아 녹은 주석에 철판은 담가서 쉽게 도금할 수 있고 인체에 무해해서 식품용기로 적합하기 때문이다. 아연 도금( 함석)이 더 값싸지만 유해하므로 식품용기로는 적합하지 않다. 과거에는 통조림 뚜껑을 밀봉하는 데 납과 주석의 합금으로 납땜을 했지만 현재는 납의 유해성 때문에 사용하지 않는다.

오늘날 우리가 흔히 은박지라 부르는 알루미늄 호일은 영어로는 틴포일(tinfoil)인데, 이 바로 주석이다. 실제로 옛날에는 주석을 얇게 펴서 은박지로 사용했기 때문. 물론 싸고 우수한 알루미늄 호일이 등장한 후에는 주석으로 은박지를 만들지 않게 되었지만 그 명칭은 그대로 남았다. 주석으로 통조림을 만들지 않게 된지 100년 넘게 지났지만 아직도 스틸이나 알루미늄 캔을 틴캔(tin can, 주석 통)이라 부르는 사람이 많은 것과 마찬가지.

현대에서 주석의 가장 중요한 산업적 용도는 납땜이다. 땜납은 과 주석을 주성분으로 한 합금으로, 납도 주석도 다른 금속들에 비해 녹는점이 낮은 편이지만 주석과 납의 6:4 합금은 두 금속보다 더욱 녹는점이 낮은 180~190℃ 정도라 금속끼리의 접합이나 전자회로에서 각 소자를 기판에 고정하는 데 사용된다. 투탕카멘 왕의 묘에서 납땜된 장식품 등이 출토되는 등, 주석은 역사가 오래된 금속이다. 현재는 납의 유해성 때문에 납 대신 아연이나 비스무트, 안티모니, 은 등으로 대체한 무연 납땜이 대세가 되어 가고 있다. 그러나 무연 땜납도 주석이 주된 성분이다.

또 볼트, 너트나 나사 스크류나 못 등 각종 금속제 부품이나 공구, 금속제 생활용품 전기 터미널이나 접점부 등 각종 금속 제품의 부식을 방지하기 위해 주석도금을 하는 데 많이 쓰인다. 구리-주석-납 합금의 경우, 부싱을 제작하는데 사용되는데, 구리는 마찰열의 발산을, 납은 부싱의 강도를[11], 주석은 부식 방지 및 부싱 내부에 얇은 금속층을 생성하여 고회전시에 스스로를 윤활시키는 기능을 갖는다.

인듐 주석 산화물(ITO)은 얇고 투명한 성질을 가져 LCD나 OLED 같은 평면 디스플레이 장치의 투명한 전극 재료로 널리 쓰이고 있다.

주석은 반응성이 높아서 여러 광물에 산화물 형태로 포함되어있으나, 고대 시절부터 현대까지 주로 채굴되는 주석 광석은 석석( Cassiterite, SnO2)이다. 석석을 제외한 나머지 광물은 주석 함량이 너무 낮아서 경제성이 없기에 채굴되지 않는다.

주석은 금속이지만 탄소- 규소- 저마늄과 같은 족이기 때문에 고분자를 만들 수 있다. 주석을 주사슬로 하는 고분자를 폴리스테네인(Polystannane)이라고 하며, 주석이 금속으로서의 성질도 갖기 때문에 폴리스테네인 또한 전도성을 가진다. 다만 이 경우 공유 결합으로 만들어진 고분자인 만큼, 전기 전도성이 일반적인 금속에 비할 정도는 아니고, 상용되는 유기 반도체 물질과 비슷한 수준이다.

3. 주석 페스트

주석의 2개의 동소체 중, 백색 주석(β, white tin)은 약 13.2℃의 낮은 온도가 되면 회색 주석(α, grey tin)으로 변하며, 불순물이 섞인 주석은 더 낮은 온도에서 회색 주석으로 변한다. 이때, 결정 구조가 Body-Centered Tetragonal (BCT)에서 실리콘과 같은 Diamond Cubic으로 동소변태가 일어나면서 금속성을 잃고 부피가 27% 정도 늘어나는데, 비금속성을 띠는 회색 주석은 이러한 급격한 부피 차이를 이기지 못하고 바스러지기 때문에 온도가 낮아지면 분해되는 것처럼 보인다.

1850년 러시아에서 대한파가 몰아칠 적에, 대참사가 러시아를 덮쳤다. 교회의 주석제 파이프오르간이 반점 투성이가 되어 큰소리와 함께 무너져 내린 것이다. 혹한의 러시아에서 주석이 온도를 견디지 못하고 구조가 바뀌어 바스러짐으로써 폭삭 내려앉은 것이다. 이 현상은 주석 제품의 일부에서 차츰차츰 전체로 퍼져 나갔기 때문에 전염병에 빗대어 '주석 페스트'라 불렸다. 물론 온도를 높이면 동소체 구성은 백색 주석 상태로 돌아가지만, 바스러진 구조는 원래대로 돌아가지 않는다. 소금 덩어리를 물에 녹인 후 다시 말린다고 원상복귀 되지 않는 것과 같다.
고속 재생한 주석 페스트 현상.

동소체 구조 변화라는 것을 알기 전까지는 악마의 장난이라고 생각되었고, 이로 인해 마녀사냥이 시행되는 경우가 종종 있었다고 한다. 니켈 코발트의 유래를 생각하면 이상할 것도 없다. 동소체 구조 변화라는 것을 알게 된 뒤에는 이 '주석 페스트'를 방지하기 위해 여러 연구가 진행되었고, 비스무트를 합금함으로서 주석 페스트를 막을 수 있다는 것을 알아내었다. 그래서 현재 생산되는 주석제 도구는 보통 비스무트를 함유하고 있고, RoHS가 적용되는 전자제품에도 땜납도 유연납 대신 주석과 인듐, 비스무트를 합금한 무연납이 사용된다.

나폴레옹 보나파르트 러시아 원정 당시 프랑스 군대의 군복 외투 단추가 주석이라 강추위에 바스러지는 바람에 병사들의 동사(凍死) 비율이 높아졌다는 야사도 있지만 이것은 낭설이다. 상술했던 바와 같이 주석은 희귀 금속이라 군복 단추에 쓸 정도로 막 쓸 수 있던 재료가 아니었기 때문이다. 비슷하게 로버트 스콧의 남극 탐험 때도 외투 단추가 주석이어서 바스라지는 바람에 동사했다는 야사도 있지만 이것도 낭설이다. 단, 스콧이 가져간 통조림의 땜질 재료가 주석이라 땜질 부위가 바스러지면서 통조림이 터지는 바람에 식량이 부족해졌다는 이야기는 어느 정도 사실로 받아들여지고 있다. 스콧이 주석으로 땜질된 통조림을 실험적으로 가져갔다는 기록이 남아있기 때문이다.

4. 기타



[1] 하지만 주석은 저온에서 동소체 구조가 바뀌며 부스러지기 때문에 그 현상에 한하면 녹스는 것보다 더 심하다. 아래의 주석 페스트 문단을 참조. [2] 구리와 아연의 합금은 황동이라 한다. [3] 그러나 강도 때문에 주석만 사용하지는 않으며 안티모니 등 다른 금속들과 섞어 쓰는데 이를 화이트 메탈(White Metal)이라 부른다. 예전엔 도 같이 섞었던 적이 있었으나 1980년대 이후부터 사용하지 않는다. 그 유명한 Warhammer 40,000도 과거에는 주석 모형이 굉장히 많았다. 다만 게임용으로 한 가방 가득 들고 다녀야 했고, 계속 만지기 때문에 도색이 잘 벗겨지는 특성상 호불호가 갈렸다. 2010년 들어 거의 레진과 플라스틱으로 대체되었다. [4] Penhallurick, R.D. (1986), Tin in Antiquity: its Mining and Trade Throughout the Ancient World with Particular Reference to Cornwall, London: The Institute of Metals, p.4, ISBN 0-904357-81-3 [5] Pulak, C. (2001), "The cargo of the Uluburun ship and evidence for trade with the Aegean and beyond", in Bonfante, L.; Karageogrhis, V., Italy and Cyprus in Antiquity: 1500–450 BC, Nicosia: The Costakis and Leto Severis Foundation, pp. 12–61, ISBN 9963-8102-3-3 [6] Muhly, J.D. (1979), "The evidence for sources of and trade in Bronze Age tin", in Franklin, A.D.; Olin, J.S.; Wertime, T.A., The Search for Ancient Tin, Washington, D.C.: A seminar organized by Theodore A. Wertime and held at the Smithsonian Institution and the National Bureau of Standards, Washington D.C. March 14–15, 1977, pp. 43–48 [7] 네브라 스카이 디스크 콘월항목에도 나오지만, 기원전 10 ~ 20세기 청동기 시대에도 서아시아에서 남유럽을 거쳐 브리튼 섬까지 이어지는, 수천 킬로미터 규모의 국제 무역망이 존재했고, 이 때 청동기는 키프로스의 구리와 콘월/아프가니스탄의 주석이 합쳐져야 만들어지는, 국방에 있어 필수 불가결한 전략 물자로서의 기능을 하고 있었다. 즉, 이 교역망이 타격받으면 청동기 수급이 안 돼서 국방이 약해지고 이렇게 국방이 약해지면 교역망이 더욱 타격을 입어서 청동기 수급이 더 안 되고 이러면 국방은 더더욱 약해지는 악순환으로 이어지게 되는 것. 때문에 유럽 청동기 문명의 붕괴를 일으켰다고 추측되는 바다 민족의 전말도 자연 재해, 기근에 쫒겨 남하한 여러 민족들이 그대로 침략자가 되어 이 청동기 문명들을 공격한 것에 불과한데 똑같이 자연 재해, 기근에 시달리는 와중에 무역망이 터져서 전략 물자 공급이 끊겨 이러한 침략을 버티지 못했다는 설도 지지를 받고 있다. [8] Gerrard, S. (2000), The Early British Tin Industry, Stroud: Tempus Publishing, ISBN 0-7524-1452-6 [9] 주로 스테인리스 스틸을 입힌다. 시중에서 볼 수 있는 '통3중 구리 주방용품들은 겉면은 구리, 중간은 알루미늄, 내부는 스테인리스 스틸을 붙여서 생산된다. [10] 서양의 철이란 뜻. 생철이라고도 하는데 서양철(西洋鐵)의 중국 발음인 시양철이 줄어서 생철이 되었다. 오즈의 마법사 번역판 중에는 양철나무꾼을 생철나무꾼으로 번역해둔 책도 꽤 있다. 고철을 재활용해서 나온 철광석도 생철로 부르기에 주석 도금 강판은 주로 양철을 사용한다. [11] 납을 과도하게 첨가하면 오히려 강도를 약화시킨다. [12] '석' 자 중 인지도가 가장 높은 것이 石자니 그럴 만도 하다. 하지만 이름에 석이 들어간 아이들이 매우 많으니 큰 놀림거리는 되지 않는다. 다만, 미국이나 캐나다 등 영미권 국가로 가면 문제가 되는데, suck이 성적인 뉘앙스의 '핥다, 빨다'라는 뜻이기 때문이다. 그렇다보니 이름에 석 자가 들어간 사람은 로마자 표기를 'seok'으로 하는 경우가 많다. 사실 국어의 로마자 표기법에서 '석'은 Seok라고 적는 것이 맞다. [13] 碩자가 더 많긴 하다. 하지만 여성의 경우에는 錫자가 훨씬 많다. 錫자는 석자 치고 남녀비율 차이가 근소한 편이다. (앉을 석)인 경우도 있다고 한다. 대표적으로 리포터 김석류가 앉을 석을 쓴다. [14] 물론 石자를 쓰는 경우도 있다. 이런 경우는 주로 돌의 단단하고 강한 속성을 뜻하며, 돌처럼 튼튼하고 강한 사람이 되라는 의미로 지은 이름인 경우가 많다.