바나듐 무엇인가?

미의 여신의 이름을 딴 원소 바나듐

 

 

 

 

 
콜레스테롤의 합성을 억제하는 작용, 당질대사에 관여하고 인슐린 분비를 안정시키는 작용, 세포대사 필수성분, 동맥경화를 예방, 뼈와 연골 및 치아의 형성에 필수 성분, 당뇨병, 성인병의 예방, 피의 흐름을 좋게 하는 바나듐

1, 영양소백과사전 138-139면


[바나듐

콜레스테롤의 축적을 방지한다


지질이나 콜레스테롤의 대사에 작용하는 초미량 원소다. 동물실험에서 지질 대사가 일어나게 하거나 콜레스테롤의 합성을 억제하는 작용이 있음이 인정되어 사람에게도 필수라고 생각하고 있다. 부족하면 지질이나 콜레스테롤의 움직임이 나빠져 혈관에 콜레스테롤이 축적되기 쉽고 동맥경화가 되기 쉽다.

최근 인슐린 의존형의 당뇨병에서 바나듐이 인슐린과 비슷한 작용을 하여 혈당치를 정상으로 한다는 연구가 진행되어 당뇨병 치료제로서 주목받고 있다.

바나듐을 많이 함유한 식품으로는 우유, 메밀, 두부, 정어리, 고등어, 미역, 달걀 등이 있다
.]

2, 생명과학대사전

[
바나듐(vanadium)

원자기호 V. 원자량 50.94. 원자번호 23.주기율표 제5A족에 속하는 전이원소의 일종. 생체 내에서는 +3~+5가의 원자가를 가질 수 있다.

병아리나 쥐의 생원소로 판명되었다. 해조의 브롬과산화효소, 남조(藍藻)나 박테리아의질소고정효소의 보결분자족이다.

멍게류에서는 바나듐세포(바나도사이트) 내에 해수의 약 1,000만 배인 350mM 농도의 바나듐을 농축, 함유하는 종이 있다. 그러나 멍게에서 바나듐의 생리적 역할은 불분명하다. 5가의 바나듐은 인산화형ATPase를 특이적으로 저해한다.

당뇨병인 쥐에 바나듐화합물을 투여하면 혈당치가 저하되지만 상세한 작용기구는 알려져 있지 않다.
]

3, 네이버 캐스트


[바나듐(V)

화학 산책


미의 여신의 이름을 딴 원소


다양한 색깔의 화합물을 만들고, 강철을 더욱 단단하게 하며, 여러 생물에 들어있는 금속, 산화물은 황산 제 등의 촉매로 쓰인다.


전이금속 화합물들은 여러 가지 아름다운 색깔을 띠는데 그 중에서도 가장 두드러지는 것이 원자번호 23번인 바나듐이다. 아름다운 색깔을 띠는 독 버섯, 멍게 류도 여기에 들어있는 바나듐 화합물 때문에 색깔을 낸다. 오죽 색깔이 다양하고 아름다우면 다른 전이금속에 비해 비교적 늦게 발견된 이 원소의 이름을 미의 여신의 이름을 따서 지었겠는가? 바나듐은 여러 용도로 유용하게 사용되는데, 예로 강철에 바나듐을 소량 첨가하면 강철을 더욱 단단하고 높은 온도에도 견딜 수 있게 한다. 또 오산화바나듐은 가장 중요한 화공 약품 중의 하나인 황산을 제조할 때 촉매로 사용된다. 원소 바나듐과 바나듐 화합물들의 성질과 용도를 보다 자세히 알아보기로 하자.

원자번호 23번, 바나듐

나듐(vanadium)
은 원자번호 23번의 원소로, 원소기호는 V이다. 주기율표에서는 5족(5B족)에 속하는 은회색의 전이금속으로, 단단하나 연성(잡아 늘이기 쉬운 성질)과 전성(펴 늘일 수 있는 성질)이 있다. 원소 자체는 반응성이 커서 자연상태에서는 화합물로만 존재한다. 산화물 보호 피막을 만들기 때문에 공기 중에서 실온에서는 잘 산화되지 않으나, 가열하면 산화된다. 내부식성이 좋고 알칼리, 황산, 염산에 대해서도 안정하다. 녹는점과 끓는점이 높으며, 밀도는 철의 78% 정도이다. 이온이나 화합물들은 산화 상태에 따라 여러 가지 색깔을 띤다.

원자번호 23번, 바나듐. <출처: (CC)Alan J. Goulet at Wikipedia.org>
[원자번호 23번, 바나듐. <출처: (CC)Alan J. Goulet at Wikipedia.org>]

바나듐의 원소 정보.
[바나듐의 원소 정보]

바나듐을 강철에 소량 첨가하면 강철의 강도가 크게 증가한다. 바나듐이 첨가된 강철인 바나듐강은 각종 자동차 부품, 고속 공구 등에 널리 사용된다. 타이타늄과의 합금은 강도와 열안정성이 매우 좋아 제트 엔진과 항공기 동체 등에 사용된다. 오산화바나듐(V2O5)은 황산 제조에서 촉매로 사용된다.

멍게 등의 여러 해양 생물과 일부 버섯들에는 많은 양의 바나듐이 들어 있다. 해양 조류(藻類, algae)들의 효소 작용에 바나듐이 관여하는 경우가 있으며, 일부 질소 고정 미생물의 질소고정효소에도 바나듐이 들어있다. 사람의 몸에는 약 3x10
-6%의 바나듐이 들어있는 것으로 알려져 있다. 사람과 포유동물의 필수 영양소로 여겨지나, 정확한 생물학적 역할은 아직 알려지지 않았다.

역사와 분리∙발견: 발견-취소-재발견

바나듐은 1801년에 스페인 태생의 멕시코 광물학자 델리오(Andres M. del Rio, 1764~1849)에 의해 처음 발견되었다. 그는 멕시코산 납 광석(갈연석: vanadinite)에서 새로운 원소를 발견했는데, 이 원소의 화합물들이 여러 가지 색깔을 띠는 것에서 원소 이름을 그리스어로 ‘모든 색’을 뜻하는 ‘panchrome’을 따 판크로뮴(panchromium)이라 지었다. 후에 그는 대부분의 이 원소의 염들이 가열하거나 산 처리하면 붉은색이 되는 것을 보고는, 붉은색을 뜻하는 그리스어 ‘erythros’를 따서 에리스로늄(erythronium)이라 다시 명명하였다. 그러나 4년 뒤인 1805년에 한 프랑스 화학자(H. V. Collett-Desotils)가 델리오가 사용한 광석은 실제로는 염기성 크롬산납이고, 그가 발견했다는 새 원소는 불순한 크로뮴(Cr)에 지나지 않는다고 잘못 제안하였다. 이 때문에, 자신의 새 원소 발견 사실을 완전히 확신하지 못했던 델리오는 자신의 주장을 철회하였다.

바나듐은 1830년에 스웨덴 화학자 세프스트룀(Nils G. Sefström, 1787~1845)이 강철의 부서짐 성질을 연구하던 중 스웨덴산 철광석에서 재발견하였다. 그는 바나듐 화합물들이 여러 밝은 색을 띠면서 아름다웠기 때문에 스칸디나비아의 미의 여신인 바나디스(Vanadis)의 이름을 따서 바나듐(vanadium)으로 명명하였다. 그리고 1년 후 뵐러(Friedrich Wöhler, 1800~1882)가 바나듐과 델리오의 에리스로늄이 같다는 것을 확인하였다. 이에 어떤 과학자는 바나듐을 처음 발견한 델리오의 이름을 따서 리오늄(rionium)으로 부르자고 제안하였으나 받아 들여지지 않았으며, 델리오는 단지 바나듐의 최초 발견자로 인정되어 과학자로서의 명예는 회복하게 되었다.


바나듐은 1801년 광물학자 델리오에 의해 처음 발견되었다.[바나듐은 1801년 광물학자 델리오에 의해 처음 발견되었다.]

 

포드 자동차의 모델 T는 바나듐이 산업적 용도로 대량 사용된 첫 번째 사례로 알려져 있다. 포드 자동차의 모델 T는 바나듐이 산업적 용도로 대량 사용된 첫 번째 사례로 알려져 있다.


순수한 금속 바나듐은 1867년에 영국화학자 로스코(Henry E. Roscoe, 1833~1915)가 염화바나듐(II) (VCl2)을 수소(H2)로 환원시켜 처음으로 얻었다. 그는 바나듐의 여러 화학적 성질들을 밝혀내었으며, 바나듐의 원자량을 베르셀리우스(Jons J. Berzelius, 1779~1848)가 보고한 52.46에서 51.37(실제는 50.94)로 고쳤다. 이러한 원자량 수정이 없었다면, 2년 후에 멘델레예프가 주기율표를 만들 때 바나듐(원자번호 23)이 크로뮴(원자번호 24, 원자량 52)보다 뒤에 위치하게 되어 어려움을 겪었을 것이다. 1927년에는 V2O5칼슘(Ca)으로 환원시켜 금속 바나듐을 얻었다.

바나듐을 첨가한 강철이 처음으로 사용된 것은 1900년대 초반에 프랑스에서 제작된 경주용 자동차로 여겨진다. 그러나 대량으로 처음 사용된 것은 1909년에 포드 자동차 회사에서 나온 모델 T 자동차의 차대이다. 자동차 왕 헨리 포드는 플로리다에서 열린 자동차 경주 대회에 참석하였는데, 프랑스의 경주용 자동차가 새로운 종류의 강철을 사용하고, 부품들도 가벼운 것을 관찰하였다. 그는 이 새로운 강철이 당시 미국 자동차 회사가 사용하던 합금보다 거의 3배나 인장강도가 큰 바나듐 강철임을 알아내고는, 이를 그의 새로운 모델 자동차에 사용하였다.

물리적 성질

바나듐은 은회색 금속 광택을 띠며, 아주 순수한 상태에서는 비교적 무르고 연성이 있으나, 불순물이 들어가면 단단해지고 쉽게 부서진다. 보고된 물리적 성질들에 약간씩 차이가 있는 것은 들어있는 불순물 때문이다. 녹는점은 대략 1900oC로, 같은 족의 나이오븀(Nb, 녹는점 2470oC)이나 탄탈륨(Ta, 녹는점 2980oC) 보다는 낮지만 대부분의 금속들 보다는 높다. 결정은 체심입방(bcc) 구조를 취한다.

천연 바나듐의 동위원소는 안정한 동위원소
51V와 반감기가 1.5x1017년인 방사성 동위원소 50V가 있는데, 51V가 99.75%로 대부분을 차지한다. 51V는 7/2의 핵 스핀을 갖고 있어 바나듐 화합물 연구에서 핵자기공명(NMR) 분광법이 유용하게 사용될 수 있다. 그 외 질량수가 40에서 65에 이르는 여러 방사성 동위원소들이 있는데, 이중 반감기가 긴 것은 49V(반감기 330일)와 48V(반감기 16일)이고 나머지 것들은 반감기가 길어야 1시간이다. 질량수가 51보다 작은 동위원소들은 주로 전자 포획으로 원자번호 22번인 타이타늄(Ti)이 되며, 질량수가 51보다 큰 동위원소들은 β-붕괴를 하여 원자번호 24인 크로뮴(Cr)이 된다.


99.95% 순도의 장방형 바나듐 바. <출처: (CC)schtone at Wikipedia.org>

99.95% 순도의 장방형 바나듐 바. <출처: (CC)schtone at Wikipedia.org>

 

화학적 성질

바나듐은 타이타늄과 마찬가지로 열역학적으로는 반응성이 큰 금속이나, 실온에서는 잘 부식되지 않으며 알칼리, 황산(H
2SO4), 염산(HCl)등에 대해서도 안정하다. 이는 산화물 부동화 보호 피막을 만들기 때문이다. 그러나 고온으로 가열하면 대부분의 비금속 원소들과 반응하며, 흔히 틈새형(interstitial) 비화학량론적(화합물에서 원소들 간의 비가 간단한 정수비가 아닌) 생성물을 만든다. 공기 중에서는 660oC 이상에서 산화되어 산화수가 +2인 VO에서 +5인 V2O5까지 여러 산화물을 만든다. 염소와 반응하면 VCl4가 된다.

바나듐은 23개의 전자를 갖고 있어 전자배치는 [Ar]3d
34s2이다. 전자 5개를 잃고 아르곤(Ar)과 같은 전자배치를 하는 +5인 상태가 가장 높은 산화 상태이다. 산화수가 -3에서 +5에 이르는 여러 화합물들이 있으나, +2~+5인 화합물들이 보통이다. V의 산화수가 -3인 예는 [V(CO)5]3- 이고, -1인 예는 [V(CO)6]- 이며, 0인 예는 V(CO)6이고,  +1의 예는 [V(bipy)3]+ (bipy는 피리딘 고리가 2개 연결된 bipyridine)이다. 수용액에서는 산화 수가 +2~+5인 이온들로 있는데, 산화 상태에 따라 색이 아주 다르다. V2+는 보라색, V3+는 녹색, VO2+는 진한 청색, VO43-는 노란색이다.

 

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

바나듐은 수용액에서 산화 수가 +2~+5인 이온으로 있는데, 산화 상태에 따라 V2+는 보라색, V3+는 녹색, VO2+는 진한 청색, VO43-는 노란색을 띤다.바나듐은 수용액에서 산화 수가 +2~+5인 이온으로 있는데, 산화 상태에 따라 V2+는 보라색, V3+는 녹색, VO2+는 진한 청색, VO43-는 노란색을 띤다.

바나듐의 생산

바나듐은 보통 다른 금속의 생산 공정에서 얻어지는 부산물을 처리하여 얻는다. 바나듐이 함께 들어있는 자철석(magnetite) 광석이 바나듐의 주된 공급원이 되는데, 광석에 들어있는 바나듐은 철 제련과정에서 선철에 포함되어 들어가고, 선철을 가공하여 강철을 만들 때 슬래그(slag)에 들어가게 된다. 광석에 따라 다르지만, 바나듐이 약 25%나 들어있는 슬래그가 얻어지기도 한다.

금속 바나듐을 얻는 과정은 다음과 같다. 바나듐이 들어있는 부순 광석이나 슬래그를 NaCl이나 Na
2CO3와 함께 구워 NaVO3를 만들고, 이를 물로 우려낸 용액을 H2SO4로 pH 2~3으로 산성화시키면 폴리바나듐산 ‘붉은 케이크’가 침전된다. 이 침전을 회수하여 700oC로 가열하여 V2O5(불순물이 들어있음)을 얻고, 이를 칼슘(Ca)로 환원시켜 금속 바나듐을 얻는다.

V2O5 + 5Ca 2V + 5CaO

소량 생산의 경우에는 보통 VCl5를 H2나 Mg로 환원시켜 얻는다. 아주 순수한 바나듐은 조잡한 바나듐을 아이오드(I2)와 반응시켜 VI3를 얻고 이를 다시 열분해시켜 얻는데, 이는 순수한 타이타늄을 얻는 방법과 근본적으로 같다.

 

페로바나듐은 바나듐과 철의 합금이다. 바나듐은 강철에 첨가되어 강도를 높이는 데 사용되는데, 이때 금속 바나듐보다는 페로바나듐으로 첨가된다.<출처: (CC)Leyo at Wikipedia.org>

페로바나듐은 바나듐과 철의 합금이다. 바나듐은 강철에 첨가되어 강도를 높이는 데 사용되는데, 이때 금속 바나듐보다는 페로바나듐으로 첨가된다.<출처: (CC)Leyo at Wikipedia.org>


바나듐은 주로 강철에 첨가되어 강도를 높이는 데 사용되는데, 이때 첨가되는 것은 금속 바나듐이기 보다는 주로 바나듐 함량이 높은 철과의 합금인 페로바나듐(ferrovanadium: FeV)이다. 페로바나듐은 오산화바나듐(V2O5)과 산화철(Fe2O3) 또는 철의 혼합물을 전기로에서 환원시켜 얻는다. 이때 사용되는 환원제로는 탄소(코크스)를 사용하였으나, 다루기 어려운 탄화물이 생성되는 것을 막기 어려워 현재는 주로 알루미늄이나 페로규소(이 때에는 석회석도 첨가)로 대체되었다. 2002년 전세계 바나듐 생산량은 약 67,000톤이었으며, 이중 약 85%는 페로바나듐 형태로 생산되었다. 중국(약 39,000톤), 남아프리카공화국(18,000톤), 러시아(9,000톤)가 주요 생산국이며 이들 세 나라는 모두 자철석광에서 강철을 얻을 때 나오는 슬래그(20~24% V2O5 포함)를 처리하여 40~50%의 바나듐을 함유하는 페로바나듐을 얻는다. 전세계 바나듐 매장량은 6300만 톤이 넘는 것으로 추정된다.

 

페로바나듐과 금속 바나듐의 이용

철강에 바나듐을 첨가하면 철강의 강도가 크게 높아지는데, 특히 크로뮴 강에 첨가하면 더욱 좋은 강도를 얻을 수 있다. 바나듐이 소량 첨가된 강철을 바나듐 강(Vanadium steel)이라 하는데, 20세기 초반부터 사용되기 시작하였다. 바나듐 강은 바나듐의 함량에 따라 크게 두 가지로 나누는데, 함량이 0.15~0.25%인 것을 바나듐 고탄소강이라 하고, 1~5%인 것을 고속 공구강(high speed tool steel: HSS)이라 한다. 바나듐 강은 차축(액슬, axle), 크랭크 축, 자전거 골격, 기어, 칼 등을 제작하는 데 사용되며, 고속 공구강은 말 그대로 고속 절삭 공구에 주로 사용되고, 수술용 칼 등 수술 도구에도 사용된다. 고대부터 아랍과 인도에서 예리한 도검을 만드는 데 사용한 우츠강(Wootz steel)과 다마스커스강(Damascus steel)에도 미량의 바나듐이 들어있는 것이 확인되었으나, 바나듐이 어떤 경로로 들어가게 되었는지는 확실하지 않다.

바나듐은 타이타늄(Ti)의 α-형(Ti 금속에서 882
oC까지 안정한 형)을 안정화시켜 Ti의 강도와 열적 안정성을 높이는 데도 쓰인다. 알루미늄과 함께 바나듐을 첨가한 Ti 합금은 제트 엔진과 고속 항공기 뼈대를 만드는 데 사용된다. 또한 강철에 Ti을 입힐 때 바나듐 박(foil)을 사용하기도 한다. 이외에도 중성자를 잘 흡수하지 않기 때문에 핵 반응로에 사용되기도 하며, 여러 바나듐 합금이 낮은 온도에서 전기저항이 전혀 없는 초전도성을 보여 초전도 자석을 만드는 데 사용되기도 한다.

 

크랭크 축. 바나듐 고탄소강은 바나듐의 함량이 0.15~0.25%인 바나듐 강으로, 차축, 크랭크 축, 자전거 골격 등을 제작하는 데 사용된다. <출처: (CC)Alex Kovach at wikipedia.org>

크랭크 축. 바나듐 고탄소강은 바나듐의 함량이 0.15~0.25%인 바나듐 강으로, 차축, 크랭크 축, 자전거 골격 등을 제작하는 데 사용된다. <출처: (CC)Alex Kovach at wikipedia.org>
 

고속 공구강 드릴의 날이 알루미늄에 구멍을 뚫는 모습. 바나듐 강 중에서 바나듐의 함량이 1~5%인 것을 고속 공구강이라 하는데, 고속 공구강은 고속 절삭 공구를 만드는 데 주로 사용된다. <출처: (CC) JJ Harrison at wikipedia.org>

고속 공구강 드릴의 날이 알루미늄에 구멍을 뚫는 모습. 바나듐 강 중에서 바나듐의 함량이 1~5%인 것을 고속 공구강이라 하는데, 고속 공구강은 고속 절삭 공구를 만드는 데 주로 사용된다. <출처: (CC) JJ Harrison at wikipedia.org>

 

화합물과 이들의 이용

바나듐은 산소와 여러 가지 산화물을 만드는데, 이들은 갈색의 V
2O, 회색의 VO, 흑색의 V2O3, 암적색의 VO2, 주황색의 V2O5 들이다. 이 중에서 오산화바나듐(V2O5)이 가장 흔하고 응용되는 곳이 많다. V2O5는 금속 바나듐이나 페로바나듐 생산의 중간 물질로, 바나듐 광석이나 슬래그에서 얻는 NaVO3 수용액을 산성화시켜 얻는데, 이렇게 얻은 것에는 불순물이 많이 들어있다. 또 바나듐을 산소와 반응시켜 얻은 V2O5에는 다른 바나듐 산화물이 불순물로 들어 있다. 순수한 V2O5는 메타바나듐산 암모늄(NH4VO3)을 열 분해시켜 얻는다.

2NH4VO3 V2O5 + 2NH3 + H2O

V2O5는 황산(H2SO4)을 접촉법으로 제조할 때 촉매로 사용되는데, 아황산가스(SO2)를 삼산화황(SO3)으로 산화시키는 반응의 촉매이다. SO3를 물에 녹인 것이 황산이다. 이 촉매 반응은 다음의 2 단계 반응으로 일어난다.

SO2 + V2O5 SO3 + 2VO2
2VO2 + ½O2 V2O5
________________________________
전체 반응: SO
2 + ½O2 SO3

V2O5는 또한 폴리에스테르의 중요한 원료인 말산 무수물(malic unhydride)을 비롯한 여러 유기화학 물질 생산에도 촉매로 사용되며, 유리와 세라믹에 색을 내는 물질로도 이용된다. 그리고 전기저항이 온도에 민감하게 변하기 때문에, 열 효과를 이용한 광 검출기인 볼로미터(bolometer)에 사용되며, 에탄올 검출기에도 이용된다.

V
2O5는 바나듐산(HVO3 또는 H3VO4 또는 H4V2O7)의 무수물로 볼 수 있으며, 산과 염기에 모두 작용하는 양쪽성 물질로 산성 용액에서는 VO2+ 이온을, 알칼리 용액에서는 [VO4]3-이온을 만든다.

산성 용액:   V2O5 + 2H+ 2VO2+ + H2O
알칼리 용액:   V
2O5 + 6OH- 2[VO4]3- + 3H2O

그러나 이와 같은 반응은 매우 강한 산성과 매우 강한 알칼리성에서 일어나는 것이며, 중간 pH에서는 여러 산소산 이온들이 만들어져 보다 복잡한 평형 관계를 이룬다. 바나듐산 염, 특히 NH4VO3는 매염제(염료가 천에 잘 부착되도록 하는 물질)로 쓰인다.

바나듐은 칼코겐 원소(S, Se, Te)들과 다양한 조성의 이성분 화합물들을 만든다. 황의 경우, V
3S, V5S4, VS, V7S9, V3S4, V2S3, V5S8, VS4 등이 만들어지는데, 이들 대부분은 금속과 같은 전기전도성를 보이나 자기적 성질은 반자성(예로 VS4), 상자성(예로 VS, V2S4), 강자성(예로 V7S8)으로 다양하다.

바나듐은 할로겐 원소들과 반응하여 산화수가 +2에서 +5에 이르는 여러 이성분 화합물들을 만든다. 이중VCl
4는 다이엔(diene: 2개의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물)의 중합 촉매로 합성 고무 산업에서 사용되며, 페놀 분자를 서로 연결시키는 시약으로 사용된다. 또한 VOCl2와 같은 여러 옥시할로겐 화합물들도 알려져 있다.

2C6H5OH + 2VCl4 → HOC6H4–C6H4OH + 2VCl3 + 2HCl

대부분의 바나듐 이성분 화합물들은 루이스 산으로, 배위수가 3~8인 배위착화합물들을 만드는데 6배위 화합물들이 가장 흔하다. 여러 바나듐-유기 화합물들도 알려져 있으며 이들은 주로 이염화바나도센(V(Cp)2Cl2: Cp는 시클로펜타다이엔)에서 만드는데 V(Cp)2Cl2는 항암 작용을 보인다고 보고되었다. V(CO)6은 짝짓지 않은 전자를 갖는 금속 카르보닐(CO) 화합물로, 환원되면 V(CO)6-와 V(CO)63-가 된다.

생물학적 역할

멍게류 등 일부 무척추 동물들은 혈액에 바나듐을 엄청나게 많이 농축시키는 능력을 갖고 있다.  예로 멍게류의 일종인 ascidia nigra의 혈액에는 바나듐이 바닷물에 들어있는 농도의 약 1000만 배인 1.45%나 되는 농도로 산성화된 액포에 저장되어 있다. 바나듐산은 인산기를 인식하는 효소의 강력한 저해제로 밝혀져, 이를 인산으로 오인하여 농축시키는 것으로 추측되고 있으나 확실하지는 않다.

여러 가지 독 버섯(예로 광대 버섯)들도 바나듐을 농축시키는데, 어떤 것에는 건조 무게 1kg당 0.5g의 바나듐이 들어있기도 하나, 바나듐의 정확한 생물학적 기능은 알려지지 않았다. 여러 해조류(marine algae)들은 Br
-로부터 유기브로민 화합물을 만드는데, 이때 촉매로 작용하는 브로모과산화효소(bromoperoxidase)의 활성에 바나듐이 필요하며, 또한 일부 미생물들의 질소 고정에 관여하는 질소고정효소에도 바나듐이 들어있는 것으로 알려져 있다.

쥐와 병아리의 동물 실험 결과, 이들에게 미량의 바나듐이 필요하며, 바나듐 결핍은 성장과 번식에 장애를 초래하는 것으로 밝혀졌다. 사람의 몸에는 체중의 약 3x10
-6%(전체로 0.001g 이하)의 바나듐이 들어 있다. 바나듐은 사람과 포유동물에 필수 미량 영양소로 여겨지나, 어떤 생물학적 기능을 하는지는 알려지지 않았고 보조 영양소로 섭취할 필요성이 있는지에 대해서도 아직 어떤 결론이 내려진 상태는 아니다. 황산바나딜(VO2SO4)이 제2형 당뇨병 환자에 효력이 있는 것으로 알려져 있다.

 

아름다운 색깔을 띠는 멍게 류에는 많은 양의 바나듐이 농축되어 있다. <출처: (CC)Samuel Chow at Wikipedia.org>

아름다운 색깔을 띠는 멍게 류에는 많은 양의 바나듐이 농축되어 있다. <출처: (CC)Samuel Chow at Wikipedia.org>
 

광대버섯과 같은 독 버섯 역시 바나듐을 농축시키고 있으나, 바나듐의 정확한 생물학적 기능은 알려지지 않았다. <출처: (CC)Onderwijsgek at Wikipedia.org>

광대버섯과 같은 독 버섯 역시 바나듐을 농축시키고 있으나, 바나듐의 정확한 생물학적 기능은 알려지지 않았다. <출처: (CC)Onderwijsgek at Wikipedia.org>

 

독성과 환경 문제

바나듐은 원소 자체보다는 화합물들이 대체로 독성이 있는데, 독성 정도는 산화상태에 따라 다르며 오산화물(산화수 +5) 상태가 크다. 그러나 금속 바나듐이 공기 중에서 오산화물로 쉽게 전환되므로 주의가 필요하다. 바나듐은 주로 바나듐이 들어있는 금속을 가공하는 과정에서 먼지로 흡입되어 호흡기 계통에 이상 증세를 가져온다. 미국 직업 안전 및 위생관리국(OSHA)은 하루에 8시간, 주당 40 시간 일하는 작업장의 공기에서 V
2O5의 노출 상한을 먼지는 0.05mg/m3, 연기는 0.1mg/m3로 정하였다. 또한 미국 산업안전보건연구원(NIOSH)은 바나듐 농도가 35 mg/m3에 이르면 생명과 건강에 즉각적인 위험을 초래한다고 말하고 있다.

원유 등 화석 연료에는 미량의 바나듐이 들어있으며, 화석 연료를 태울 때 공기로 배출되는 바나듐은 연간 약 11만 톤으로 추정된다. 디젤 등이 고온에서 연소될 때 여기에 들어있는 바나듐이 반응해서 생긴 바나듐 화합물들이 강철을 쉽게 부식되게 하며 엔진 부품을 손상시킨다. 또한 일부 화력 발전소에서는 V
2O5를 배기 가스에서 질소산화물(NOx)을 환원시키는 촉매로 사용하는데, 이때 배기가스에 황이 있는 경우에는 V2O5가 황을 산화시켜 SO3를 만들어 결과적으로 황산을 생성시키므로 주의해야 한다.

1, 수치로 보는 바나듐

바나듐의 표준원자량은 50.9415 g/mol이다. 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s
22s22p63s23p63d34s2 ([Ar]3d34s2)이며, 화합물에서는 -1에서 +5까지의 여러 산화수를 갖는데 +4 상태가 가장 안정하다. 지각 무게의 약 0.19%를 차지하는 19번째로 풍부한 원소이며, 화석 연료에도 미량 들어있다. 2002년 전세계 생산량은 약 67,000톤이며, 이의 약 85%는 페로바나듐으로 생산되어 강철 첨가제로 사용된다. 1기압에서 녹는점은 약 1,900oC, 끓는점은 약 3,400oC이다. 20oC에서 밀도는 6.11g/cm3이다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 650.9, 1414, 2830kJ/mol이며, 폴링의 전기음성도는 1.63이다. 원자 반경은 134 pm이고, 6배위된 V4+의 이온 반경은 58 pm이다. 천연 동위원소는 50V(0.25%)와 51V(99.75%) 2가지가 있다.


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.
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4,

상기 자료는 약초연구가로서 지구상에 존재하는 천연물질의 우수성을 널리 알리고 질병으로 고통을 겪고 있는 환우들에게 희망을 주며 기능성 식품과 신약을 개발하는데 통찰력을 갖게하고 약초를 사랑하는 모든 사람에게 정보의 목적으로 공개하는 것임을 밝혀 둔다.  

(글모음/ 약초연구가 & 동아대 대체의학 외래교수 전동명)

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