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소금
소금(common salt)은 염화나트륨(NaCl, sodium chloride)을 주성분으로 하는 짠맛의 물질이다. 식염(食鹽, table salt)이라고도 한다. 소금은 체액에 존재하며, 삼투압 유지에 중요한 구실을 하므로 사람이나 짐승에게 중요하다. 그 밖에도, 체액이 알카리성을 띠도록 유지하고 완충물질로는 산과 알칼리 평행을 유지시켜 준다.
바닷물의 약 3%가 염분으로 이루어져 있어 바닷물에서 구할 수 있다. 이는 천연적인 방법이지만, 인공으로도 생산할 수 있다. 물 대신 소금물을 마시면 오히려 갈증을 느낀다.
성분
- 염화나트륨: 소금의 99%를 차지하는 주성분이다. 소금의 짠 맛은 염화나트륨이 타액에 용해되어 생겨난 이온들의 맛이다.
- 불순물: 정제염이 아닌 천연 상태의 소금에는 다양한 불순물이 미량 포함되어 있다. 대부분 미네랄이다.
- 항응고제: 소금이 대기 중의 수분을 흡수하여 덩어리지는 것을 막기 위한 첨가물이다. 알루미늄화규산나트륨, 탄산마그네슘 등이 흔히 사용된다. 입자가 가는 소금에 주로 첨가하며, 소위 “굵은 소금”(입자가 굵은 염화나트륨 결정 형태의 소금)에는 잘 첨가하지 않는다.
- 아이오딘화칼륨: 서구 국가들은 아이오딘 결핍을 예방하기 위해 식염에 아이오딘화칼륨을 첨가하는 경우가 많다. 한국에서는 아이오딘이 풍부한 해산물인 김 및 기타 해조류를 즐겨 먹기 때문에 식염에 아이오딘을 첨가할 필요가 없다.
역사
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인간은 소금의 원천이 되는 장소나, 소금을 교역할 수 있는 장소 주위에서 공동체를 형성하는 경향이 늘 있어왔다.
역사를 통틀어 소금의 이용이 문명에 주축이 되어왔다. 보수의 영어 낱말 "salary"(샐러리)는 소금을 가리키는 라틴어 낱말인 Sal에서 비롯되었는데, 이는 로마 군단들이 가끔은 소금으로 보수를 받았기 때문으로, 금의 무게와 가치가 거의 동등했다. 영국에서 -wich로 끝나는 지역 이름은 한때 소금의 원천이었다는 것을 의미하며, 잉글랜드의 샌드위치나 노리치를 예로 들 수 있다. 나트룬 밸리는 북쪽으로까지 이집트 제국을 지원하였던 핵심 지역이었는데, 그 이유는 이름 나트룬에서 말해주듯이 일종의 소금을 공급해 주었기 때문이다.
이 일 이전에도 유럽에서 이와 비슷한 지역으로 불가리아의 솔니차타가 있으며, 기원전 5400년 이후로 소금이 있는 발칸 반도로 알려진 지역인 소금 광산이었다. "솔니차타"라는 이름 자체도 "솔트 워크"(salt work)를 뜻한다.
한국에서는 고구려시대 소금을 해안지방에서 운반해 왔다는 기록이 있고, 고려시대에는 왕실에서 전매제를 운영하였다. 조선시대에는 소금을 생산하는 어민들에게 일정한 세금을 징수하고 자유로운 유통과 처분의 권한을 부여하는 사염제과 국가에서 직접 소금을 굽는 관염제를 병행하였다. 일본식 천일제염법이 개화기에 도입되기 전에는 가마솥에 바닷물을 넣어 끓어 소금을 얻었는데 이를 자염이라고 부른다.
제조법
- 암염(천연으로 산출되는 염화소듐(염화나트륨)의 결정)을 채굴한다. (유럽, 북아메리카)
- 염전에서 천일 제염법으로 만든다. (서유럽, 멕시코, 오스트레일리아, 한국 등)
- 해수를 농축하여 끓여 결정을 분별해낸다. (한국 전통 생산방식 자염)
- 식염천 등의 소금물을 가져와서 끓여 결정을 분별한다.
- 수산화소듐(수산화 나트륨) 또는 탄산소듐(탄산 나트륨)과 염산을 섞어 가열한다.
- 탄산소듐 수용액과 염화 칼슘 수용액을 섞은 후 거르고 가열한다.
- 전기분해 및 이온교환수지 - 전기분해로 나트륨과 염소이온의 선별적인 이온수지막(membrane) 투과를 이용해 99%의 순도에 가까운 정제염을 얻을 수 있다.
성질
녹는점은 약 801℃, 비등점은 약 1400℃이며, 인체의 혈액이나 세포 안에 약 0.71% 들어 있고, 성인의 하루 소요량은 10~20g이다. 인체의 가장 대표적인 전해질. 양념, 식품의 저장, 화학 공업의 원료 따위로 쓴다. 화학적으로는 나트륨 이온(Na⁺)과 염화 이온(Cl⁻)이 결합한 이온 결합 물질 NaCl로 해석하기도 한다. 염화나트륨, 염화소듐, 소듐 클로라이드 등으로 불린다. 구성 성분 대다수가 전해질이기 때문에 물에 녹아 소금물이 되면 전류가 잘 통한다. 여기에 전류를 흘려주면 전기분해가 되면서 +극에서 염소 기체가, -극에서 수소 기체가 발생한다. 음극에서 발생하는 게 소금의 나트륨이 아니라 물의 수소인 것은, Na⁺는 환원되려는 성질이 H⁺보다 훨씬 낮기 때문이다.
맛은 기본적으로 짠맛이지만, 소금의 질이 높으면 각종 미네랄 덕분에 짠맛과 함께 단맛을 느낄 수 있다고 한다. 한편 천일염의 경우 오래 두면 강한 쓴맛이 나는 염화마그네슘이 습기를 빨아들여 녹아 빠져나오면 맛이 더 좋아지며, 이 방법이 효과가 있는 시간은 보통 2~3년 정도다. 이걸 간수가 빠졌다라고 표현한다. 이 간수는 염화마그네슘이 다량으로 함유 되어 있어 단백질을 응고하는 성질을 지닌다. 두부를 만들때 넣는 간수가 바로 이것.
소금을 물에 용해할 경우 온도에 따른 용해도 차이가 거의 없다. 물에 용해되는 대부분의 용질은 온도가 높을 수록 더 많은 양을 용해할 수 있지만 소금은 그 차이가 없는 것. 다만 용해 속도의 차이는 있다.
소금 배터리
소금으로 값비싼 전기차 리튬이온 배터리 양극소재를 대체할 수 있게 됐다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 서동화 교수 국제공동연구팀은 고성능 무질서 암염 전극 설계 원칙으로 여겨지던 '리튬 과잉 조성' 원리가 특정 무질서 암염 소재엔 적용되지 않는다는 사실을 최초로 밝혀냈다고 2021년 5월 9일 밝혔다. 리튬 비율을 고가의 전이금속 대비 35%이상 높게 설계하는 리튬 과잉 조성은 전극 성능은 높이지만 동시에 전지의 수명을 줄인다고 알려졌었는데, 연구진이 이 원칙을 뒤집는 물질을 찾아낸 것이다. 캐나다 맥길대학교 재료공학부 이진혁 교수, 미국 MIT 쥐 리 교수가 함께 참여한 이번 연구결과는 에너지재료분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈' 5월 6일자로 공개됐다.
코발트, 니켈 같은 고가 희귀금속이 다량 포함된 양극재는 전기차 배터리(리튬이온배터리) 셀 가격의 20% 이상을 차지한다. 이 때문에 값싸고 매장량이 풍부한 망간, 철 등이 많이 포함된 무질서-암염 소금결정 소재가 새로운 양극재로 주목받고 있다. 상용소재 대비 용량도 30~50% 이상 커 전기차 뿐만 아니라 신재생에너지 발전 전력을 저장할 대용량 배터리 소재로도 적합하다.
하지만 무질서 암염 양극재의 짧은 수명은 상용화의 걸림돌이었다. 기존 연구에 따르면 이 양극 소재의 고용량 성능을 끌어내기 위해서는 일반 양극재보다 리튬 함량을 높게 설계해야만 했다. 그런데 소재 내 리튬 함량이 높으면 불안정한 산소가 전극 밖으로 잘 새나가 전지 수명이 주는 문제가 있다.
공동연구팀의 연구에 따르면 망간, 바나듐과 같은 특정 금속 기반 무질서 암염 소재는 리튬 함량을 줄여도 고용량 전극의 성능을 그대로 유지할 수 있으며, 수명은 기존 보다 2배 이상 좋아졌다. 반면 니켈이나 코발트 금속 기반 무질서 암염 소재는 기존 이론대로 리튬 함량을 높을수록 전극 성능이 좋다. 연구진은 리튬 함유량이 다른 두 종류의 망간 기반 무질서 암염 소재를 이용한 실험과 밀도범함수 이론 기반의 양자역학 모델링 기법을 통해 기존 이론에 배치되는 이 같은 사실을 밝혀냈다.[1]
각주
- ↑ 구본혁 기자, 〈"소금으로 초저가 ‘전기車 배터리’ 만든다!"〉, 《헤럴드경제》, 2021-05-09
참고자료
- 〈소금〉, 《위키백과》
- 〈소금〉, 《나무위키》
- 구본혁 기자, 〈"소금으로 초저가 ‘전기車 배터리’ 만든다!"〉, 《헤럴드경제》, 2021-05-09
같이 보기
