구리에 대한 일반상식

 

 

구리에 대한 일반상식

 

◎ 구리의 개요

밀도(density): 8.94 g/cm3
분자량: 63.546
녹는점: 1083도
끓는점: 2567도


◎ 구리란?

주기율표 제 4주기 11족에 속하는 금속. 동(銅)이라고도 하며, 은?금과 함께 화폐금속이라고도 한다.
구리의 영어명인 copper는 옛날 구리의 산지(産 地)였던 키프로스섬[島]의 라틴명 cuprum에서 연유한다고 한다.
2종(63Cu, 65Cu)의 안정 동위원소와 6종의 방사성 동위원소가 알려져 있다.
천연으로는 드물게 홑원소물질(자연구리)로서 산출되기도 하지만, 주로 황화물?산화물 또는 탄산염으로 산출되며, 이것을 제련하여 구리를 얻는다.

구리광물은 현재 165종 정도가 알려져 있는데, 그 중에서도 황동석 CuFeS2, 휘동석 Cu2S, 적동석 Cu2O, 반동석(斑銅石) Cu5FeS4, 공작석
CuCO3?Cu(OH)2, 남동석(藍銅石) 2CuCO3?Cu(OH)2 등이 중요한 광물이다.
한국에서는 황동석이 주요광물로 산출되며, 보통 맥상(脈狀)?각력상(角礫狀)?기공충전상?망상 등의 광체(鑛體)를 이루고 있는데, 경북 영양 지구의 현무암 속에 자연구리가 현무암의 기공을 충전하여 형성되어 있다.
지역적으로는 경남 마산,함안,고성 지역이 구리광 지대로 알려져 있다.


◎ 성질

특유한 적색 광택을 가진 금속으로 전성(展性)?연성(延性)?가공성이 뛰어날 뿐만 아니라 강도도 있다.
열 및 전기의 전도율은 은에 이어 2번째로 크고 결정은 등축정계(等軸晶系)이다.
녹는점=1083℃ 끓는점=2528℃ 밀도(비중)=8.92 g/㎤
가열하면 어두운 빛깔의 산화구리(Ⅱ) CuO가 되고, 1000 ℃ 이상으로 가열하면 적자색인 산화구리(Ⅰ) Cu2O가 된다.

황, 염소, 인과도 직접 화합한다.
건조한 공기 중에서는 산화하지 않으나, 보통의 공기 중에서는 습기로 인해서 녹이 슬어, 주로 염기성 탄산구리 CuCO3?Cu(OH)2로 이루어지는 녹청(綠靑)을 생성한다.

염분 및 이산화탄소를 함유하지 않는 순수한 물에는 녹지 않으나, 염분이 있는 물에는 녹는다. 특히 암모늄염은 이 성질이 뚜렷하다.
공기를 단절하고 구리에 묽은 황산을 가하거나 또는 끓이거나 해도 반응하지 않으나, 공기 중에서는 서서히 녹는다.
2Cu＋O2＋2H2SO4 → 2CuSO4＋2H2O

진한 황산에는 이산화황(아황산가스)을 발생하며 녹는다.
Cu＋2H2SO4 → CuSO4＋2H2O + SO2

공기가 없으면 찬거운 묽은 염산은 구리와 작용하지 않으나. 가루 모양의 구리를 진한 염산과 가열하면 수소를 방출하고 염화제일구리 CuCl를 생성한다.
2Cu＋2HCl → 2CuCl＋H2

또한 암모니아수와는 착염을 만들고 아세트산 등의 유기산에도 쉽게 녹는다.
가용성염은 유독하다.


◎ 이용

구리 그 자체뿐만 아니라 황동, 청동, 알루미늄청동, 베릴륨구리 등 합금으로서의 용도도 매우 넓으며, 특히 전선을 비롯하여 신동품(伸銅品)으로서 많이 쓰이고 있다.
전선은 전해구리를 용해하여 틀에 넣어 굳힌 봉동(棒銅)을 써서 각종 전선으로 가공한다.
또, 신동품은 전해구리와 기타 합금용금속, 부스러기구리, 구리합금 등을 알맞게 배합 용해한 다음 소정의 성분으로 조정하여 주입한 동괴(銅塊)를 원료로 하여 판, 봉, 관, 선 등으로 가공한다.
또한 동판은 열전도성과 내식성(耐蝕性)을 활용하여 특수한 냄비를 비롯하여 일반 집기(什器)를 만드는 데도 사용되며, 동화(銅貨)로는 주석 2～10 %를 섞은 청동이 사용된다.

 

 

 

◎ 청수현상 동관을 사용한 단지에서 『청수가 나왔다』고 문제를 제시하는 경우가 있으나 자세히 조사해 보면 일반적으로 용출된 동이온은 1㎎/ℓ이하로 먹는 물 수질기준에 적합하며 현장에서 투명한 유리컵에 담아보아도 푸르게 보이지 않음. 푸른색은 동이온이 100㎎/ℓ이상 용출되어야 한다. 이는 동배관으로부터 용출된 미량의 구리이온이 비누에 함유된 지방산 또는 지방 (인체에서 나온 것) 등과 반응하여 청색의 불용성 동비누를 형성하여 욕조, 타일, 빨랫감 등에 파란색이 드는 현상을 청수가 나왔다고 문제를 제기하는 경우이며 이런 청색 착색현상은 동관 시공 후 보호피막이 생성되지 못한 짧은 기간 동안 나타나는 현상이며 어느 정도 기간이 지나면 자연적으로 사라지는 현상이지만 착색현상이 나타난 경우 아래의 방법으로 간단하게 제거할 수 있다. 1) 욕조나 세면기, 타일 등의 청색 착색 - 암모니아수(10%용액)를 소량 스폰지에 묻혀 닦아낸 후 식초 등으로 중화시키고 물로 깨끗이 세척한다. - 염산(5%용액)으로 제거할 수 있으며 사용 후 묽은 소다용액과 물로 충분히 세척한다. - 동 화합물, 물 때 등을 닦아낼 때 시판되는 크리너왁스 등을 사용하여 제거 - 경미한 사항은 시판되는 폼 수세미 또는 매직 수세미 등으로 제거할 수 있고 욕조 등에 묻어 있는 청색 때는 강화 수세미 등으로 제거 2) 타올, 세탁물 등의 착색 ?10～15%농도의 회초산용액(가정용식초)을 사용하여 70～80℃의 물에 담그면 수 초 내에 탈색 됨 수질항목 중 pH, 염소이온, 황산이온 잔류염소 등의 농도가 청색 착색현상의 원인 이며 방청제(규산염, 인산염)를 이용 원천적으로 구리이온 용출을 방지할 수 있음. 지역별 차이는 있으나 동관은 사용 년 수를 더할수록 동관 내면, 외면에 피막이 생기고 견고해져 동이온의 용출현상은 없어짐. ◎ 동관의 우수성 - 동(銅)은 O-157 대장균, 레지오넬라 등 병원균의 멸균효과가 탁월하여 음용수 배관재로 가장 적합함. ※ 0-157병원균이 동 표면에서 4시간 만에 멸균, 스테인레스강 표면에서 34일간 생존 (영국 사우스 햄톤대학의 윌리암 키블교수 .일본 동센타) -동관은 우수한 내식성을 가지는 금속으로 부식으로 인한 누수 현상이 없다. 동은 부식형태가 균일부식이기 때문에 스테인리스관과 같이 일정부분의 집중적 부식으로 인한 구멍의 발생(공식)이 없어 장기간에 걸쳐 누수현상이 발생치 않음. -동관은 유연성과 진동흡수성이 뛰어나 충격이나 고층건물의 흔들림에 대한 내진성과 내구성이 우수함. (일본 고베 지진 발생 시 입증) - 동(銅)은 제조 시 CO2 배출량이 가장 적어 지구환경성이 우수하고, 전량 재활용되는 환경친화형 재료임. - 선진각국 (미국, 영국, 네덜란드 등)에서 급수, 급탕용으로 90%이상 사용함 - 저주기 피로특성이 우수하고 저온에서 취화현상이 없어 한랭지 배관재료로 최적임. -동은 인체에 필수 미네랄 성분임 동은 철과 함께 혈액을 제조하기 위한 필수 원소이며 일반성인의 경우 80～100㎎정도 체내에 보유하고 있으며 WHO에서도 매일 2㎎의 동 섭취를 권장하고 있어 보충하고 남은 양은 배설되어 필요이상으로 축적되는 경우는 없음 -동은 먹는 물 수질기준에 안전함 세계 각국의 수질기준은 국가별로 차이가 있으나 동과 철이온은 물맛에 영향을 미치는 물질 즉 심미적(深味的) 영향물질로 분류되어 있음. 스테인레스강의 주성분인 크롬과 니켈은 납, 비소와 같이 인체에 유해한 물질로 분류됨. 또한 각국에서 관리하는 기준 치도 동이온 1ppm이하, 철이온 0.3ppm이하, 크롬이온 0.05ppm이하로 먹는 물에서 동 이온은 철 이온의 3.3배, 크롬이온의 20배까지 수질내에 존재할 수 있는 금속성분으로 분류되고 있음.

 

 

 

생활속의 동

◎ 전기

사람이 문화생활을 영위하는데 가장 큰 몫을 차지하는 전기
이 전기 분야만큼 동이라는 금속이 귀하고 광범위하게 사용되는 분야는 없을 것이다.
백열전구의 금속부품으로부터 전기를 흐르게 하는 각종 전선, 배선기구(콘센트, 플러그, 스위치등), 각종 계기등이야 말로 도전성과 열적성질이 극히 양호한 금속이 아니면 사용될 수 없는 부분이다.
동은 전기 분야에 없어서는 안되는 재료이며 또한 동이나 동합금이 있었기 때문에 오늘날 발전된 전기기술의 혜택을 만끽할 수 있는 것이다.


◎ 전자

진공관 --> 트랜지스터 --> IC로 이어지는 전자산업은 가볍고, 얇고, 단순하며, 소형화의 제글자로 표현되는 전 산업분야 중 가장 발전속도가 빠르고 폭넓은 분야이다. 통합금소재는 전자산업을 <경박단소>화 시키는데 획기적 공헌을 한 이외에도 각종 회로판, 스위치, 안테나, 모든 종류의 접정등 동이 없으면 전자산업이 존재할 수 없을 정도로 필수의 금속인 것이다. 가전제품 이를테면 냉장고, 전자랜지, TV, VTR, 에어컨, 음향기기등의 부품이나 주요부분에 동이 사용되고 있으며 버튼 하나하나가 동을 소재로 한 것임을 이해한다면 동이 현대문명에 어느 정도로 기여하고 있는가를 쉽게 이해할 수 있을 것이다.


◎ 반도체, 통신

첨단산업이라는 특별한 명칭을 가진 분야가 추진되기까지에는 비철금속, 특히 동과 동합금 소재의 개발이 기여한 바 크다. 반도체 리드프레임용 소재는 동에 미량의 다른 금속을 첨가하여 만든 통합금으로 고강도를 가지면서 연신율이 좋으며 도전성이 높아야 하는 등 상충되는 조건을 갖추어야하는 첨단의 특수합금이다. CDA194, CDA195로 명명된 미국 소재가 세계의 반도체 시장을 석권하고 있었으나 (주)풍산이 자체 개발한 여러 신소재가 출현함으로써 국내기술을 세계에 과시하고 제조기술을 전자산업의 선진국이 독일에까지 수출하여 첨단기술 수출 제1호를 기록한 바 있다. 이렇듯 동은 첨단산업에 있어서도 필수적인 소재이다. 핸드폰으로 대표되는 통신분야 역시 마찬가지이다. 전화, 텔렉스, 팩시밀리, 무전기등 모든 통신장비와 케이블, 안테나등의 설비는 동이라는 도전성이 좋은 소재가 있었기에 현재와 같은 발전이 가능했던 것이다.


◎ 교통수단

자동차, 전철, 선박, 항공기는 많은 종류의 부품과 전장품으로 구성된다. 예를들면, 승용차 1대에는 대략 13kg정도의 동 및 동합금으로 만든 부품이 들어간다. 그래야 움직이는 기계로서의 성능을 발휘할 수 있다.
주요 부품을 살펴보자. 엔진계통의 고열을 냉각시키는 위한 라이에이터는 자동차의 주요부분으로 열전도등의 열적 성질과 항상 물과 접촉해야하므로 내식성이 요구된다. 따라서 제 기능을 발휘하려면 동판으로 만들지 않으면 안 되는 것이다.

요즈음의 도시 육상교통 수단으로 각광을 받고 있는 전철에서도 각종 부품 및 장식재로 동이 사용되고 있다는 것은 이미 다 알고 있는 사실이다. 선받은 움직이는 건물과도 흡사하다. 건물과 마찬가지로 급수, 급탕, 냉난방등 각종 배관은 배의 기능을 좌우한다. 이러한 배관재는 내해수성이 절대적인 요건이 된다. 동관과 동합금관은 조선분야에 없어서는 안될 필수재료이다. 빠른 속도를 자랑하는 항공기 역시 복잡한 기능을 유지하기 위해서는 동으로 만든 각종 케이블을 비롯하여 유압배관, 각종 스위치 접점등을 사용해야만 한다. 가벼워야하고 내구성이 있어야 하며, 부식에 강해야 하고, 진동에 견딜 수 있는 유연성이 보장되어야 한다. 그러므로 이러한 요구조건을 모두 충족시켜 주는 동제품이 사용되어야만 하는 것이다.


◎ 발전소, 담수화시설

발전소나 담수화설비(바닷물을 식용수로 전환시키는 설비)에 사용될 수 있는 재료는 극히 제한적이다.
고도의 내식성, 내해수성, 위생성, 강도 및 고온에서의 사용에 적합해야 하는 등의 까다로운 조건이 요구되기 때문이다.
동에 니켈을 혼합하여 만들어진 백동이나 청동에 알루미늄을 혼합하여 만든 알루미늄 청동은 이러한 제반조건에 부합되는 재료로서 외국에서는 물론 국내에서도 폭넓게 사용되고 있다.


◎ 건설

건설분야에서 동제품의 용도는 타분야에 비하여 훨씬 다양하다. 주택을 짓는데 사용하는 파이프로부터 댐공사용 방수막에 이르기까지 다양한 용도와 목적을 일일이 열거할 수 없을 정도이다.
동파이프는 온돌방의 난방용 코일로서뿐만 아니라 모든 용도, 이를테면 상수도, 급수, 급탕, 냉난방, 가스, 소화, 오배수용 배관에 이르기까지 내식성, 위생적인 면과 경제적인 면에서 가장 이상적인 배관재이다. 동관을 이용하여 시공되는 동지붕재도 예로부터 최고의 지붕재로 인식되어 왔다.
구미 선진국과 일본등에 보편화되어 있는 동지붕재는 수명이 반영구적이고 녹청이 신비한 색상변화로 의장성이 좋아 별도의 도색이나 코팅이 필요없으며 변화무쌍한 기상변화 특히 아황산과 같은 강산성대기의 도시공업지대에서 더욱 안정적이다.
우리나라의 경우 국회의사당, 국립중앙박물관등 영구보존 지정 건축물이나 사찰과 일반주택에 동지붕재의 시공이 늘고 있다.


◎ 주화

새로 찍어 낸 지폐가 닳고 해져서 못쓰게 될 때까지의 기간은 대략 1~2년정도라 한다. 지폐는 닳고 못쓰게 되면 그대로 폐기해야 하기 때문에 신권발생에 많은 예산이 낭비된다. 이에 반해 주화는 못쓰게 될 정도로 닳거나 화폐단위의 변경으로 사용할 수 없을 경우를 제외하고는 계속 사용이 가능하며 회수하여 재사용할 수가 있다.
카드, 수표등의 신용화폐와 고액권 지폐가 보편화되어 있는 요즘에도 보조화폐의 기능과 자판기등의 증가로 주화의 수요는 지속적으로 늘어나고 있다.
동전은 동의 합금성분에 따라 독특한 색상을 갖게 되는데 우리가 사용하는 500원과 100원권 주화는 세계 유통동전의 70%를 차지하는 백동(동과 아연과 니켈의 합금)이 원료로 사용된다.
예로부터 주화에 동합금 소재가 쓰였던 것은 특별한 이유가 있다. 첫째는 부식되지 않아 유통수명이 매우 길고, 둘째 언제라도 회수하여 재사용이 가능하며, 셋째 많은 손을 거치기 때문에 위생적이어야 하는데 동은 특유의 '미량금속작용'으로 주화표면을 항상 무균상태로 유지시켜 감염의 염려가 없기 떄문이다.


◎ 식품산업

동은 미량살균작용의 뛰어난 위생성이 있어 일상의 식생활에 관계되는 산업이나 의료 및 위생관계에도 폭넓게 사용된다. 즉 식품제조, 제약, 제과설비에서 동이라는 금속의 사용은 절대적이다.
양조분야를 보자. 알코올이 주성분인 음료에는 막걸리, 포도주, 맥주, 위스키등 여러가지 종류가 있다. 대별해서 발효주와 증류주중의 한가지에 속하는 것이다. 막걸리를 제조하는 양조장에서의 각종 저장탱크와 파이프는 동제품이어야 한다는 것은 근원을 따져볼 수 없을 정도로 오래된 일이다. 위스키나 맥주도 마찬가지이다. 스카치 위스키의 본고장 스코틀랜드에 가보면 양조에 사용하는 각종 가마 전부가 동관으로 만들어진 것을 볼 수 있다.
"동으로 만든 용기나 파이프로 술을 만들어야 제 맛이 난다"는 말은 이러한데서 연유된 것이다. 제약분야에서는 비타민정제를 제조하는 경우를 대표적인 에로 들 수 있다.
병약한 사람이나 극도의 피로회복을 위하여 비타민제가 사용되는데 이 비타민제는 빨간색과 노란색의 외관을 갖는 정제가 있다. 이처럼 착색된 부분은 동으로 입혀진 것인데 비타민의 성분은 이 착생층 가운데 들어있다. 이 당의정을 만들 때 동으로 된 가마를 사용한다. 동이 열전도성, 내식성이 뛰어날 뿐 아니라 금속이기 때문이다.
제과공장에서도 동이 사용되는 예는 양조공장에 뒤지지 않는다. 유명한 제과공장에 가면동으로 만들어진 팥 삶는 가마나 엿고는 가마가 천천히 돌면서 가공대상물을 처리하는 광경을 볼 수 있다.
이는 가공물을 균일하게 가공하기 위한 것이다. 역시 동의 우수한 열전도성과 위생성때문이다.


◎ 예술 및 기타

고대미술을 대표하는 청동여래좌상이나 불상, 범종을 비롯하여 현대의 각종 조각예술품, 징이나 바라와 같은 고유의 악기로부터 나팔류로 대표되는 현대의 각종 관악기와 세종문화회관의 파이프 오르간에 이르기까지 예술분야에서 동이란 금속의 필요는 절대적인 것이다.
주조성과 가공성이 좋아야 하고 미관이 좋아야 하며 악기의 경우에는 맑고 깨끗한 소리를 낼 수 있어야 하는 동의 요구조겅을 충족시킬 수 있는 금속은 극히 제한적이며 동은 그 대표적인 금속인 것이다.
이상과 같은 분야로 대별된 동의 활용 범위외에도 가구류의 각종 장식 및 자물쇠, 의료기구, 장신구류등 일일이 헤아릴 수 없을 정도로 동의 적용범위는 광범위하다. "동이 없었으면 현대의 발전된 문명도 없었을 것이다"는 한마디로 동의 중요성을 요약한 것이다.


◎ 방위산업

기억하기조차 싫은 과거지사 한가지, 일본의 통치하에 있었을 때 일이다. 모든 가정에서 사용하던 놋그릇, 놋수저, 놋화로, 놋대야등 동으로 만들어진 것은 모두 제사나 명절, 집안의 관혼상제등 대행사에나 사용할 정도로 귀하게 다루어 온 놋그릇을 "공출"이란 명목으로 수탈해 갔던 일이 있었다.
당시의 일본은 그것을 무엇에 사용하였을까? 바로 전쟁물자, 즉 각종탄피제조용으로 사용했던 것이다. 동의 가공성과 재상용이 가능한 이유때문에 현대에도 방위산업분야에서 동은 절대적인 지위를 가지고 있는 금속이다.
사냥과 경기용으로 사용되는 스포츠탄, 소총탄으로부터 야포탄약에 이르기까지의 각종 탄피는 동합금을 원료로 한것으로 한번 사용되었다 해도 수거하여 항상 재활용 가능하다.

출처: 경기동파이프